123,123

內(nèi)容簡(jiǎn)介

　　質(zhì)子交換膜（proton exchange membrane， PEM）燃料電池是一種將氫能直接轉(zhuǎn)換為電能的電化學(xué)發(fā)電裝置，其內(nèi)部存在多相多組分耦合的電化學(xué)反應(yīng)、流動(dòng)和傳熱等過(guò)程。通過(guò)數(shù)值方法探究其內(nèi)部復(fù)雜的電化學(xué)和傳熱傳質(zhì)過(guò)程，是一種比實(shí)驗(yàn)途徑更高效、更快捷、成本更低的流體動(dòng)力學(xué)方法，可以指導(dǎo)提升電池的性能、耐久性和壽命。本書(shū)簡(jiǎn)述了燃料電池的原理、分類和特點(diǎn)，基礎(chǔ)化學(xué)和熱力學(xué)，電化學(xué)，關(guān)鍵材料的物理特性參數(shù)，電池的運(yùn)行條件和數(shù)值計(jì)算方法，基于OpenFOAM平臺(tái)燃料電池?cái)?shù)值模型的結(jié)構(gòu)、操作使用和驗(yàn)證，以及電池組裝條件下的組裝力、內(nèi)阻、物質(zhì)傳輸和性能計(jì)算。全書(shū)的重點(diǎn)是PEM燃料電池的基礎(chǔ)原理和性能計(jì)算方法。最后從燃料電池技術(shù)特點(diǎn)的角度，分析了燃料電池在汽車動(dòng)力、各式電源、船用動(dòng)力、航空航天等領(lǐng)域的應(yīng)用和技術(shù)現(xiàn)狀，并且指明了各個(gè)領(lǐng)域需要解決的問(wèn)題。本書(shū)適于從事PEM燃料電池研究和應(yīng)用的科技工作者閱讀，也可供高等院校相關(guān)專業(yè)師生參考。

作者簡(jiǎn)介

暫缺《質(zhì)子交換膜燃料電池基礎(chǔ)與性能計(jì)算》作者簡(jiǎn)介

圖書(shū)目錄

前?言
第 1 章　燃料電池概述1
1.1　什么是燃料電池？1
1.2　發(fā)展歷史3
1.3　組成和原理5
1.4　分類和特點(diǎn)7
1.5　燃料電池系統(tǒng)9
第 2 章　燃料電池基礎(chǔ)化學(xué)和熱力學(xué)13
2.1　基本反應(yīng)13
2.2　反應(yīng)熱13
2.3　氫氣的高低熱值14
2.4　理論電功15
2.5　理論電壓16
2.6　溫度的影響17
2.7　理論效率19
2.8　卡諾效率神話21
2.9　壓力的影響22
2.10?總結(jié)24
第 3 章　燃料電池電化學(xué)26
3.1　電極動(dòng)力學(xué)26
3.1.1　反應(yīng)速率26
3.1.2　反應(yīng)常數(shù)和傳遞系數(shù)27
3.1.3　電流電壓關(guān)系：Butler-Volmer方程28
3.1.4　交換電流密度30
3.2　電壓損失30
3.2.1　活化極化31
3.2.2　內(nèi)電流和交叉損耗33
3.2.3　歐姆（電阻）極化35
3.2.4　濃差極化36
3.3　電池電壓：極化曲線38
3.4　電池內(nèi)部的電位分布40
3.5　極化曲線參數(shù)的靈敏度41
3.5.1　傳遞系數(shù)/塔費(fèi)爾斜率的影響42
3.5.2　交換電流密度的影響43
3.5.3　氫交叉和內(nèi)部電流損失的影響44
3.5.4　內(nèi)阻的影響45
3.5.5　極限電流密度的影響45
3.5.6　工作壓力的影響46
3.5.7　空氣與氧氣的影響47
3.5.8　工作溫度的影響47
3.6　燃料電池效率48
3.7　燃料電池極化曲線的含義和應(yīng)用50
3.7.1　極化曲線產(chǎn)生的其他曲線50
3.7.2　極化曲線的線性近似52
3.7.3　應(yīng)用極化曲線確定燃料電池尺寸53
第4章　燃料電池材料物性數(shù)學(xué)描述57
4.1　電池內(nèi)過(guò)程描述57
4.2　膜58
4.2.1　吸水量60
4.2.2　物理性質(zhì)61
4.2.3　質(zhì)子電導(dǎo)率62
4.2.4　水傳輸63
4.2.5　氣體滲透66
4.2.6　高溫膜69
4.3　電極69
4.4　氣體擴(kuò)散層73
4.4.1　處理和涂層74
4.4.2　孔隙率75
4.4.3　電導(dǎo)率76
4.4.4　可壓縮性76
4.4.5　滲透性77
4.5　雙極板77
4.5.1　材料78
4.5.2　特性79
第5章　燃料電池運(yùn)行條件83
5.1　工作壓力83
5.2　工作溫度85
5.3　反應(yīng)物流速87
5.4　反應(yīng)物濕度91
5.5　質(zhì)量平衡93
5.5.1　入口流量93
5.5.2　出口流量95
5.6　能量平衡97
第6章　 PEM燃料電池性能計(jì)算方法99
6.1　模型假設(shè)100
6.2　控制方程100
6.2.1　質(zhì)量守恒100
6.2.2　動(dòng)量守恒101
6.2.3　組分守恒102
6.2.4　能量守恒104
6.2.5　電荷守恒104
6.2.6　電化學(xué)反應(yīng)105
6.3　幾何建模107
6.4　邊界條件和參數(shù)設(shè)置112
6.5　模型驗(yàn)證113
6.6　操作使用115
6.7　求解器結(jié)構(gòu)118
6.7.1　網(wǎng)格、物性和場(chǎng)118
6.7.2　流體物質(zhì)和關(guān)聯(lián)的場(chǎng)119
6.7.3　化學(xué)反應(yīng)119
6.7.4　全場(chǎng)ID120
6.7.5　面到面插值120
6.7.6　氣體擴(kuò)散模型120
6.7.7　程序迭代循環(huán)120
第7章　 PEM燃料電池組裝力計(jì)算122
7.1　氣體擴(kuò)散層變形122
7.1.1　機(jī)械模型123
7.1.2　孔隙率、電導(dǎo)率和傳熱系數(shù)125
7.2　傳質(zhì)阻力129
7.3　組裝力對(duì)電池性能的影響131
第8章　 PEM燃料電池內(nèi)阻計(jì)算134
8.1　內(nèi)阻組成134
8.2　膜電阻135
8.3　雙極板與氣體擴(kuò)散層的接觸電阻135
8.3.1　接觸電阻數(shù)值模型136
8.3.2　預(yù)測(cè)接觸電阻137
8.4　體電阻138
8.4.1　電荷傳輸驅(qū)動(dòng)力138
8.4.2　體電阻數(shù)值模型140
8.4.3　電荷傳導(dǎo)142
8.5　其他接觸電阻144
8.6　內(nèi)阻對(duì)電池性能的影響145
第9章　燃料電池應(yīng)用147
9.1　汽車動(dòng)力148
9.1.1　乘用車148
9.1.2　公共汽車151
9.1.3　多功能車151
9.1.4　應(yīng)用現(xiàn)狀152
9.2　固定電源154
9.2.1　固定式燃料電池系統(tǒng)分類154
9.2.2　系統(tǒng)配置156
9.2.3　應(yīng)用現(xiàn)狀156
9.3　備用電源158
9.4　小型便攜式電源159
9.5　船用動(dòng)力161
9.5.1　船舶161
9.5.2　潛艇163
9.6　航空航天165
9.6.1　航空165
9.6.2　航天166
附?錄　主要符號(hào)170
參考文獻(xiàn)　176