質(zhì)子交換膜燃料電池是一種清潔、高效的電化學(xué)能量轉(zhuǎn)化裝置，其內(nèi)部存在電化學(xué)反應(yīng)、多相流動(dòng)及傳熱等復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程。探究質(zhì)子交換膜燃料電池內(nèi)部反應(yīng)及傳輸過(guò)程機(jī)理，并通過(guò)電池設(shè)計(jì)優(yōu)化實(shí)現(xiàn)這些過(guò)程的有效調(diào)控，稱為質(zhì)子交換膜燃料電池水熱管理。良好的水熱管理，對(duì)于提升電池性能和耐久性具有重要的意義。本書共8章，以質(zhì)子交換膜燃料電池水熱管理為核心，系統(tǒng)詳細(xì)地介紹了燃料電池基礎(chǔ)及水熱管理，各部件工作原理與傳輸機(jī)制，表征測(cè)試及診斷分析，部件內(nèi)部多相流動(dòng)和電極動(dòng)力學(xué)仿真，單電池、電堆以及系統(tǒng)層面的水熱管理與建模分析。
序一
序二
前言
符號(hào)表
第1章 導(dǎo)論
1.1 質(zhì)子交換膜燃料電池在能源環(huán)境問(wèn)題中的角色
1.2 質(zhì)子交換膜燃料電池基礎(chǔ)
1.2.1 工作原理
1.2.2 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)
1.2.3 燃料電池?zé)崃W(xué)
1.2.4 燃料電池反應(yīng)動(dòng)力學(xué)
1.2.5 燃料電池的輸出性能
1.2.6 燃料電池的效率
1.3 質(zhì)子交換膜燃料電池水熱管理
1.3.1 水熱管理
1.3.2 水熱管理的研究?jī)?nèi)容及現(xiàn)狀
參考文獻(xiàn)
第2章 各部件工作原理與傳輸機(jī)制
2.1 水熱管理中的“水”和“熱”
2.1.1 水的狀態(tài)
2.1.2 電池中的產(chǎn)熱與散熱
2.2 極板和流場(chǎng)
2.2.1 傳統(tǒng)流場(chǎng)
2.2.2 三維流場(chǎng)
2.2.3 多孔介質(zhì)流場(chǎng)
2.3 電解質(zhì)
2.3.1 電解質(zhì)及水的狀態(tài)
2.3.2 電解質(zhì)內(nèi)質(zhì)子傳輸
2.3.3 電解質(zhì)內(nèi)水傳輸
2.3.4 電解質(zhì)內(nèi)氣體傳輸
2.4 多孔電極
2.4.1 多孔電極結(jié)構(gòu)
2.4.2 多孔電極內(nèi)的擴(kuò)散與對(duì)流
2.4.3 多孔區(qū)域內(nèi)水的相變
2.4.4 催化層內(nèi)水的狀態(tài)和傳輸
2.4.5 多孔電極內(nèi)電傳輸
本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第3章 質(zhì)子交換膜燃料電池表征測(cè)試及診斷分析
3.1 實(shí)驗(yàn)方法概述
3.2 宏觀特性表征
3.2.1 極化曲線
3.2.2 機(jī)械振動(dòng)
3.2.3 重力特性
3.2.4 低溫啟動(dòng)
3.2.5 耐久性
3.3 電化學(xué)表征
3.3.1 電化學(xué)阻抗譜法
3.3.2 高頻阻抗
3.3.3 電流中斷法
3.3.4 循環(huán)伏安法
3.3.5 線性掃描伏安法
3.3.6 一氧化碳溶出伏安法
3.4 分布特性表征
3.4.1 電流密度分布
3.4.2 電化學(xué)阻抗譜法分布
3.4.3 組分分布
3.4.4 溫度分布
3.5 可視化
3.5.1 光學(xué)透明電池
3.5.2 X射線成像
3.5.3 中子成像
3.5.4 核磁共振成像
3.6 材料離線表征
3.6.1 多孔性與滲透性
3.6.2 膜電導(dǎo)率
3.6.3 微觀結(jié)構(gòu)分析
3.6.4 粒度分析
3.6.5 元素分析
本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)
習(xí)題與實(shí)戰(zhàn)
第4章 燃料電池部件內(nèi)部多相流動(dòng)和電極動(dòng)力學(xué)仿真
4.1 數(shù)值方法回顧
4.2 流道內(nèi)的模擬
4.2.1 流動(dòng)現(xiàn)象概述
4.2.2 宏觀數(shù)值方法對(duì)運(yùn)動(dòng)界面的處理
4.2.3 格子玻爾茲曼方法在流道中的應(yīng)用
4.2.4 流道內(nèi)的湍流流動(dòng)模擬
4.3 多孔介質(zhì)內(nèi)的模擬
4.3.1 多孔介質(zhì)內(nèi)物理問(wèn)題概述
4.3.2 多孔介質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)重構(gòu)
4.3.3 VOF方法在多孔介質(zhì)內(nèi)的應(yīng)用
4.3.4 格子玻爾茲曼方法在多孔介質(zhì)內(nèi)的應(yīng)用
本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)
習(xí)題與實(shí)戰(zhàn)
第5章 單電池水熱管理與建模分析
5.1 單電池水熱管理仿真模型簡(jiǎn)介
5.2 CFD數(shù)值模型
5.2.1 流場(chǎng)內(nèi)氣液兩相流動(dòng)過(guò)程仿真分析
5.2.2 單電池多孔電極內(nèi)傳輸過(guò)程建模分析
5.2.3 膜態(tài)水傳輸過(guò)程
5.2.4 離子和電子傳輸過(guò)程
5.2.5 熱傳輸過(guò)程
5.2.6 模型驗(yàn)證
5.2.7 網(wǎng)格獨(dú)立性
5.2.8 CFD數(shù)值模型計(jì)算
5.2.9 CFD數(shù)值模型結(jié)果
5.2.10 冷啟動(dòng)工況
5.3 低維模型
5.3.1 一維穩(wěn)態(tài)模型
5.3.2 準(zhǔn)二維瞬態(tài)模型
本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)
習(xí)題與實(shí)戰(zhàn)
第6章 電堆水熱管理與建模分析
6.1 質(zhì)子交換膜燃料電池堆及其水熱管理
6.1.1 電堆結(jié)構(gòu)
6.1.2 電堆封裝
6.1.3 電堆的冷卻
6.1.4 電堆水熱管理
6.2 電堆三維數(shù)值模型
6.2.1 電堆歧管模型
6.2.2 包含全電池的電堆模型
6.3 電堆低維模型
6.3.1 流體網(wǎng)絡(luò)模型
6.3.2 一維電堆模型中的熱邊界
本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)
習(xí)題與實(shí)戰(zhàn)
第7章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與水熱管理分析
7.1 燃料電池系統(tǒng)概述
7.1.1 氫氣制備、提純與儲(chǔ)存工藝
7.1.2 氣體供給系統(tǒng)
7.1.3 加濕系統(tǒng)
7.1.4 熱管理系統(tǒng)
7.1.5 燃料電池汽車動(dòng)力系統(tǒng)
7.2 輔助子系統(tǒng)模型
7.2.1 膜加濕器模型
7.2.2 電化學(xué)氫氣泵模型
7.2.3 空氣壓縮機(jī)模型
7.2.4 熱管理系統(tǒng)模型
7.2.5 系統(tǒng)仿真模型
7.3 燃料電池系統(tǒng)熱力學(xué)分析
7.3.1 能量分析法
7.3.2 分析法
7.4 系統(tǒng)控制策略與故障規(guī)律
7.4.1 控制策略
7.4.2 故障規(guī)律
本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)
習(xí)題與實(shí)戰(zhàn)
第8章 總結(jié)與展望
參考文獻(xiàn)
附錄
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