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98千字 字数
2023-06-01 发行日期
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主编推荐语

本书介绍PEM燃料电池的基础原理和性能计算方法。

内容简介

质子交换膜燃料电池是一种将氢能直接转换为电能的电化学发电装置，其内部存在多相多组分耦合的电化学反应、流动和传热等过程。通过数值方法探究其内部复杂的电化学和传热传质过程，是一种比实验途径更高效、更快捷、成本更低的流体动力学方法，可以指导提升电池的性能、耐久性和寿命。

本书简述了燃料电池的原理、分类和特点，基础化学和热力学，电化学，关键材料的物理特性参数，电池的运行条件和数值计算方法，基于OpenFOAM平台燃料电池数值模型的结构、操作使用和验证，以及电池组装条件下的组装力、内阻、物质传输和性能计算。

全书的重点是PEM燃料电池的基础原理和性能计算方法。最后从燃料电池技术特点的角度，分析了燃料电池在汽车动力、各式电源、船用动力、航空航天等领域的应用和技术现状，并且指明了各个领域需要解决的问题。

目录

  • 版权信息
  • 内容提要
  • 前言
  • 第1章 燃料电池概述
  • 1.1 什么是燃料电池？
  • 1.2 发展历史
  • 1.3 组成和原理
  • 1.4 分类和特点
  • 1.5 燃料电池系统
  • 第2章 燃料电池基础化学和热力学
  • 2.1 基本反应
  • 2.2 反应热
  • 2.3 氢气的高低热值
  • 2.4 理论电功
  • 2.5 理论电压
  • 2.6 温度的影响
  • 2.7 理论效率
  • 2.8 卡诺效率神话
  • 2.9 压力的影响
  • 2.10 总结
  • 第3章 燃料电池电化学
  • 3.1 电极动力学
  • 3.1.1 反应速率
  • 3.1.2 反应常数和传递系数
  • 3.1.3 电流电压关系：Butler-Volmer方程
  • 3.1.4 交换电流密度
  • 3.2 电压损失
  • 3.2.1 活化极化
  • 3.2.2 内电流和交叉损耗
  • 3.2.3 欧姆（电阻）极化
  • 3.2.4 浓差极化
  • 3.3 电池电压：极化曲线
  • 3.4 电池内部的电位分布
  • 3.5 极化曲线参数的灵敏度
  • 3.5.1 传递系数/塔费尔斜率的影响
  • 3.5.2 交换电流密度的影响
  • 3.5.3 氢交叉和内部电流损失的影响
  • 3.5.4 内阻的影响
  • 3.5.5 极限电流密度的影响
  • 3.5.6 工作压力的影响
  • 3.5.7 空气与氧气的影响
  • 3.5.8 工作温度的影响
  • 3.6 燃料电池效率
  • 3.7 燃料电池极化曲线的含义和应用
  • 3.7.1 极化曲线产生的其他曲线
  • 3.7.2 极化曲线的线性近似
  • 3.7.3 应用极化曲线确定燃料电池尺寸
  • 第4章 燃料电池材料物性数学描述
  • 4.1 电池内过程描述
  • 4.2 膜
  • 4.2.1 吸水量
  • 4.2.2 物理性质
  • 4.2.3 质子电导率
  • 4.2.4 水传输
  • 4.2.5 气体渗透
  • 4.2.6 高温膜
  • 4.3 电极
  • 4.4 气体扩散层
  • 4.4.1 处理和涂层
  • 4.4.2 孔隙率
  • 4.4.3 电导率
  • 4.4.4 可压缩性
  • 4.4.5 渗透性
  • 4.5 双极板
  • 4.5.1 材料
  • 4.5.2 特性
  • 第5章 燃料电池运行条件
  • 5.1 工作压力
  • 5.2 工作温度
  • 5.3 反应物流速
  • 5.4 反应物湿度
  • 5.5 质量平衡
  • 5.5.1 入口流量
  • 5.5.2 出口流量
  • 5.6 能量平衡
  • 第6章 PEM燃料电池性能计算方法
  • 6.1 模型假设
  • 6.2 控制方程
  • 6.2.1 质量守恒
  • 6.2.2 动量守恒
  • 6.2.3 组分守恒
  • 6.2.4 能量守恒
  • 6.2.5 电荷守恒
  • 6.2.6 电化学反应
  • 6.3 几何建模
  • 6.4 边界条件和参数设置
  • 6.5 模型验证
  • 6.6 操作使用
  • 6.7 求解器结构
  • 6.7.1 网格、物性和场
  • 6.7.2 流体物质和关联的场
  • 6.7.3 化学反应
  • 6.7.4 全场ID
  • 6.7.5 面到面插值
  • 6.7.6 气体扩散模型
  • 6.7.7 程序迭代循环
  • 第7章 PEM燃料电池组装力计算
  • 7.1 气体扩散层变形
  • 7.1.1 机械模型
  • 7.1.2 孔隙率、电导率和传热系数
  • 7.2 传质阻力
  • 7.3 组装力对电池性能的影响
  • 第8章 PEM燃料电池内阻计算
  • 8.1 内阻组成
  • 8.2 膜电阻
  • 8.3 双极板与气体扩散层的接触电阻
  • 8.3.1 接触电阻数值模型
  • 8.3.2 预测接触电阻
  • 8.4 体电阻
  • 8.4.1 电荷传输驱动力
  • 8.4.2 体电阻数值模型
  • 8.4.3 电荷传导
  • 8.5 其他接触电阻
  • 8.6 内阻对电池性能的影响
  • 第9章 燃料电池应用
  • 9.1 汽车动力
  • 9.1.1 乘用车
  • 9.1.2 公共汽车
  • 9.1.3 多功能车
  • 9.1.4 应用现状
  • 9.2 固定电源
  • 9.2.1 固定式燃料电池系统分类
  • 9.2.2 系统配置
  • 9.2.3 应用现状
  • 9.3 备用电源
  • 9.4 小型便携式电源
  • 9.5 船用动力
  • 9.5.1 船舶
  • 9.5.2 潜艇
  • 9.6 航空航天
  • 9.6.1 航空
  • 9.6.2 航天
  • 附录 主要符号
  • 参考文献
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出版方

机械工业出版社

机械工业出版社是全国优秀出版社，自1952年成立以来，坚持为科技、为教育服务，以向行业、向学校提供优质、权威的精神产品为宗旨，以“服务社会和人民群众需求，传播社会主义先进文化”为己任，产业结构不断完善，已由传统的图书出版向着图书、期刊、电子出版物、音像制品、电子商务一体化延伸，现已发展为多领域、多学科的大型综合性出版社，涉及机械、电工电子、汽车、计算机、经济管理、建筑、ELT、科普以及教材、教辅等领域。