燃料電池+基礎(chǔ)理論動(dòng)力學(xué)+熱力學(xué)+研究方法

2024/11/21燃料電池?zé)崃W(xué)2024/11/22熱量傳遞的三種基本方式1導(dǎo)熱（熱傳導(dǎo)）(Conduction)熱量傳遞的三種基本方式：導(dǎo)熱(熱傳導(dǎo))、對(duì)流(熱對(duì)流)和熱輻射。(1)定義：指溫度不同的物體各部分或溫度不同的兩物體間直接接觸時(shí)，依靠分子、原子及自由電子等微觀粒子熱運(yùn)動(dòng)而進(jìn)行的熱量傳遞現(xiàn)象(2)物質(zhì)的屬性：可以在固體、液體、氣體中發(fā)生(3)導(dǎo)熱的特點(diǎn)：a必須有溫差；b物體直接接觸；c依靠分子、原子及自由電子等微觀粒子熱運(yùn)動(dòng)而傳遞熱量；d在引力場(chǎng)下單純的導(dǎo)熱只發(fā)生在密實(shí)固體中。2024/11/23(4)導(dǎo)熱的基本定律：1822年，法國數(shù)學(xué)家Fourier:上式稱為Fourier定律，號(hào)稱導(dǎo)熱基本定律，是一個(gè)一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱。其中：

：熱流量，單位時(shí)間傳遞的熱量[W]；q：熱流密度，單位時(shí)間通過單位面積傳遞的熱量；A：垂直于導(dǎo)熱方向的截面積[m2]；

：導(dǎo)熱系數(shù)（熱導(dǎo)率）[W/(mK)]。圖1-2一維穩(wěn)態(tài)平板內(nèi)導(dǎo)熱t(yī)0

x

dxdtQ2024/11/24定義：流體中（氣體或液體）溫度不同的各部分之間，由于發(fā)生相對(duì)的宏觀運(yùn)動(dòng)而把熱量由一處傳遞到另一處的現(xiàn)象。2對(duì)流（熱對(duì)流）(Convection)(2)對(duì)流換熱：當(dāng)流體流過一個(gè)物體表面時(shí)的熱量傳遞過程，他與單純的對(duì)流不同，具有如下特點(diǎn)：

a導(dǎo)熱與熱對(duì)流同時(shí)存在的復(fù)雜熱傳遞過程b必須有直接接觸（流體與壁面）和宏觀運(yùn)動(dòng)；也

必須有溫差c壁面處會(huì)形成速度梯度很大的邊界層對(duì)流換熱的分類

無相變：強(qiáng)迫對(duì)流和自然對(duì)流

有相變：沸騰換熱和凝結(jié)換熱2024/11/25Convectionheattransfercoefficient(4)對(duì)流換熱的基本計(jì)算公式——牛頓冷卻公式h

—

表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)

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熱流量[W]，單位時(shí)間傳遞的熱量q—

熱流密度A—與流體接觸的壁面面積—固體壁表面溫度—流體溫度2024/11/26(1)定義：有熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，以電磁波形式傳遞能量的現(xiàn)象3熱輻射(Thermalradiation)(2)

特點(diǎn)：a任何物體，只要溫度高于0K，就會(huì)不停地向周圍空間發(fā)出熱輻射；b可以在真空中傳播；c伴隨能量形式的轉(zhuǎn)變；d具有強(qiáng)烈的方向性；e輻射能與溫度和波長(zhǎng)均有關(guān)；f發(fā)射輻射取決于溫度的4次方。(3)生活中的例子：

a當(dāng)你靠近火的時(shí)候，會(huì)感到面向火的一面比背面熱；b冬天的夜晚，呆在有窗簾的屋子內(nèi)會(huì)感到比沒有窗簾時(shí)

要舒服；c太陽能傳遞到地面d冬天，蔬菜大棚內(nèi)的空氣溫度在0℃以上，但地面卻可能

結(jié)冰。2024/11/27傳熱過程和傳熱系數(shù)1傳熱過程的定義：兩流體間通過固體壁面進(jìn)行的換熱2傳熱過程包含的傳熱方式：導(dǎo)熱、對(duì)流、熱輻射輻射換熱、對(duì)流換熱、熱傳導(dǎo)圖1－8墻壁的散熱2024/11/28在導(dǎo)熱體中取一微元體熱力學(xué)第一定律：

d

時(shí)間內(nèi)微元體中：[導(dǎo)入與導(dǎo)出凈熱量]+[內(nèi)熱源發(fā)熱量]=[熱力學(xué)能的增加]1、導(dǎo)入與導(dǎo)出微元體的凈熱量d

時(shí)間內(nèi)、沿x軸方向、經(jīng)x表面導(dǎo)入的熱量：2024/11/29４、邊界條件說明導(dǎo)熱體邊界上過程進(jìn)行的特點(diǎn)反映過程與周圍環(huán)境相互作用的條件邊界條件一般可分為三類：第一類、第二類、第三類邊界條件（１）第一類邊界條件s

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邊界面;tw=f(x,y,z)—

邊界面上的溫度已知任一瞬間導(dǎo)熱體邊界上溫度值：穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱：tw=const非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱：tw=f(

)（Boundaryconditions）2024/11/210（2）第二類邊界條件根據(jù)傅里葉定律：已知物體邊界上熱流密度的分布及變化規(guī)律：第二類邊界條件相當(dāng)于已知任何時(shí)刻物體邊界面法向的溫度梯度值穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱：qw非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱：特例：絕熱邊界面：2024/11/211（3）第三類邊界條件傅里葉定律：當(dāng)物體壁面與流體相接觸進(jìn)行對(duì)流換熱時(shí)，已知任一時(shí)刻邊界面周圍流體的溫度和表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)導(dǎo)熱微分方程式的求解方法導(dǎo)熱微分方程＋單值性條件＋求解方法

溫度場(chǎng)積分法、杜哈美爾法、格林函數(shù)法、拉普拉斯變換法、分離變量法、積分變換法、數(shù)值計(jì)算法tf,hqw牛頓冷卻定律：2024/11/212內(nèi)能（U）

廣義地說，內(nèi)能是由系統(tǒng)內(nèi)部狀況決定的能量。熱力學(xué)系統(tǒng)由大量分子、原子組成，儲(chǔ)存在系統(tǒng)內(nèi)部的能量是全部微觀粒子各種能量的總和，即微觀粒子的動(dòng)能、勢(shì)能、化學(xué)能、電離能、核能等等的總和。

由于在系統(tǒng)經(jīng)歷的熱力學(xué)過程中，物質(zhì)的分子、原子、原子核的結(jié)構(gòu)一般都不發(fā)生變化，即分子的內(nèi)部能量保持不變。2024/11/213內(nèi)能（U）

系統(tǒng)的內(nèi)能通常是指全部分子的動(dòng)能以及分子間相互作用勢(shì)能之和，前者包括分子平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)、振動(dòng)的動(dòng)能，后者是所有可能的分子對(duì)之間相互作用勢(shì)能的總和。內(nèi)能是態(tài)函數(shù)。真實(shí)氣體的內(nèi)能是溫度和體積的函數(shù)。理想氣體的分子間無相互作用，其內(nèi)能只是溫度的函數(shù)。2024/11/214熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律：也叫能量不滅原理，就是能量守恒定律。dU=dQ-dW對(duì)于機(jī)械功：dW=pdV所以：

dU=dQ-pdV2024/11/215熵（entropy）物理學(xué)上指熱能除以溫度所得的商，標(biāo)志熱量轉(zhuǎn)化為功的程度?？茖W(xué)技術(shù)上用來描述、表征體系混亂度的函數(shù)。

熱力學(xué)中工質(zhì)的熱力狀態(tài)參數(shù)之一。在可逆微變化過程中，熵的變化等于系統(tǒng)從熱源吸收的熱量與熱源的熱力學(xué)溫度之比，可用于度量熱量轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ某潭取?/p>

dS=dQ/T→dQ=T·dS2024/11/216熵（entropy）Ｓ＝ｋ×lgΩ其中，Ω為系統(tǒng)分子的狀態(tài)數(shù)，ｋ為玻爾茲曼常數(shù)。由熵與熱力學(xué)幾率之間的關(guān)系，可以認(rèn)為：系統(tǒng)的熵值直接反映了它所處狀態(tài)的均勻程度，系統(tǒng)的熵值越小，它所處的狀態(tài)越是有序；系統(tǒng)的熵值越大，它所處的狀態(tài)越是無序。熵均大于等于零,dS≥0。2024/11/217熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律一種常用的表達(dá)方式是，每一個(gè)自發(fā)的物理或化學(xué)過程總是向著熵增高的方向發(fā)展,熵增加原理就是熱力學(xué)第二定律。熵是一種不能轉(zhuǎn)化為功的熱能。熵的改變量等于熱量的改變量除以絕對(duì)溫度。熱能不能完全轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，只能從高溫物體傳到低溫物體。2024/11/218焓熱力學(xué)中用來表示物質(zhì)系統(tǒng)能量的一個(gè)狀態(tài)函數(shù)，常用符號(hào)H表示。數(shù)值上等于系統(tǒng)的內(nèi)能U加上壓強(qiáng)p和體積V的乘積，即H=U+pV。焓的變化是系統(tǒng)在等壓可逆過程中所吸收的熱量的度量。

2024/11/219自由能自由能freeenergy：在熱力學(xué)當(dāng)中，自由能是指在某一個(gè)熱力學(xué)過程中，系統(tǒng)減少的內(nèi)能中可以轉(zhuǎn)化為對(duì)外作功的部分。它衡量的是：在一個(gè)特定的熱力學(xué)過程中，系統(tǒng)可對(duì)外輸出的“有用能量”。可分為亥姆霍茲自由能和吉布斯自由能

2024/11/220自由能按照亥姆霍茲的定容自由能F與吉布斯的定壓自由能G的定義，G=A+PV（p為壓力，V為體積）。對(duì)于亥姆霍茲定容自由能F：dF=-SdT-VdP對(duì)于吉布斯定壓自由能G：dG=-SdT+PdV2024/11/221焓變dH=TdS+VdP化學(xué)過程中的焓變：△H=Ｈ產(chǎn)物－Ｈ反應(yīng)物；

△H稱為焓變，△H具有Ｈ的特征，但可測(cè)定。2024/11/2221、標(biāo)準(zhǔn)條件：⑴、熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)：溫度298K、標(biāo)準(zhǔn)壓力、且純態(tài)。⑵、穩(wěn)定單質(zhì)：標(biāo)態(tài)下，某元素以多種形式存在時(shí)，焓值最低，即最穩(wěn)定的為穩(wěn)定單質(zhì)。⑶、人為指定標(biāo)態(tài)下，穩(wěn)定單質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)生成焓規(guī)定為零。標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓2024/11/223化學(xué)反應(yīng)熱的熱力學(xué)求算利用標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓求算△H0由：Qp＝△Ｈ＝Ｈ２－Ｈ１

產(chǎn)物反應(yīng)物

用于具體反應(yīng)

AB+CD=AD+BC△H0

＝(ＨＡＤ＋ＨＢＣ)－(ＨＡＢ＋ＨＣＤ)2024/11/224蓋斯定律恒壓或恒容下，如果一個(gè)化學(xué)反應(yīng)分幾步進(jìn)行，則總反應(yīng)的反應(yīng)熱等于各步反應(yīng)熱之和。

即：2024/11/225熵與焓和溫度的關(guān)系2024/11/226反應(yīng)焓和熵的計(jì)算2024/11/227吉布斯自由能計(jì)算2024/11/228吉布斯自由能與反應(yīng)自發(fā)性及電壓的關(guān)系△G＞0，非自發(fā)；△G＝0，平衡；△G＜0，自發(fā)。2024/11/229標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)

任何溫度下標(biāo)準(zhǔn)氫電極的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)值都為0，但其他電極電勢(shì)值會(huì)受到溫度影響。

標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)是可逆電極在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)及平衡態(tài)時(shí)的電勢(shì)，也就是標(biāo)準(zhǔn)態(tài)時(shí)的電極電勢(shì)。

標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)，就用該標(biāo)準(zhǔn)電極與氫標(biāo)準(zhǔn)電極串連，測(cè)得的電勢(shì)值就作為該標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)的值。2024/11/230規(guī)定：標(biāo)準(zhǔn)氫電極用鍍鉑黑的金屬鉑導(dǎo)電2024/11/231可逆電壓隨溫度和壓強(qiáng)的變化2024/11/232Nernstequation

在電化學(xué)中，能斯特方程用來計(jì)算電極上相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)電勢(shì)（E）來說的指定氧化還原對(duì)的平衡電壓(E)。

電對(duì)的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)是在298K下，反應(yīng)物的濃度為1mol·L-1（反應(yīng)物為氣態(tài)時(shí)，其分壓為101kPa）時(shí)測(cè)得的，如果反應(yīng)物的濃度和溫度發(fā)生改變，則電對(duì)的電極電勢(shì)也隨著發(fā)生變化，它們之間的關(guān)系可以用能斯特方程表示．

2024/11/233Nernstequation2024/11/234Nernstequation2024/11/235Nernstequation2024/11/236燃料電池效率2024/11/237燃料電池電化學(xué)動(dòng)力學(xué)2024/11/238燃料電池電化學(xué)動(dòng)力學(xué)電化學(xué)反應(yīng)都包含電極和化學(xué)物質(zhì)之間的電荷轉(zhuǎn)移。而化學(xué)反應(yīng)中的電荷轉(zhuǎn)移發(fā)生在兩種化學(xué)物質(zhì)之間。燃料電池的電化學(xué)反應(yīng)中，氫氣、質(zhì)子和電子之間的反應(yīng)必須發(fā)生在電極和電解質(zhì)的交界處。2024/11/239燃料電池電化學(xué)動(dòng)力學(xué)電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的電流是一種電化學(xué)反應(yīng)速率的直接度量。2024/11/240電勢(shì)控制電子能量2024/11/241電化學(xué)反應(yīng)速率是有限的2024/11/242電荷轉(zhuǎn)移需要一個(gè)活化能氫氣氧化基本步驟：2024/11/243氫吸附電荷轉(zhuǎn)移過程2024/11/244氫吸附電荷轉(zhuǎn)移能量變化2024/11/245活化能決定反應(yīng)速率只有處于活化態(tài)的物質(zhì)才能實(shí)現(xiàn)從反應(yīng)物到生成物的轉(zhuǎn)化。所以反應(yīng)速率取決于反應(yīng)物處于活化態(tài)的概率。2024/11/246反應(yīng)速度計(jì)算2024/11/247平衡態(tài)下的反應(yīng)速率---

交換電流密度2024/11/248平衡條件下的反應(yīng)電勢(shì)

在電極上，開始由于正逆反應(yīng)速率的差距，導(dǎo)致電子在金屬電極上聚集，而質(zhì)子在電解質(zhì)上聚集。

在反應(yīng)界面兩側(cè)，由于電子和質(zhì)子的聚集，產(chǎn)生電勢(shì)差。

如果反應(yīng)物和生成物之間的自由能態(tài)之差和界面電勢(shì)差正好相互抵消，電極達(dá)到平衡狀態(tài)。2024/11/249平衡條件下的反應(yīng)電勢(shì)2024/11/250平衡條件下的反應(yīng)電勢(shì)2024/11/251平衡條件下的反應(yīng)電勢(shì)2024/11/252電勢(shì)和速率的關(guān)系：

Butler-Volmer方程

如果降低界面電勢(shì)差η（即活化過電勢(shì)），系統(tǒng)處于不平衡狀態(tài)，正向活化能降低了αnFη，逆向活化能升高了（1-α）nFη。正反應(yīng)速度提高。Α是傳遞系統(tǒng)，表示反應(yīng)界面電勢(shì)的改變?nèi)绾胃淖冋蚝湍嫦蚧罨艿拇笮?，一般?.2-0.5之間。2024/11/253電勢(shì)和速率的關(guān)系：

Butler-Volmer方程2024/11/254電勢(shì)和速率的關(guān)系：

Butler-Volmer方程2024/11/255電勢(shì)和速率的關(guān)系：

Butler-Volmer方程交換電流密度和濃度的關(guān)系：2024/11/256電勢(shì)和速率的關(guān)系：

Butler-Volmer方程2024/11/257電勢(shì)和速率的關(guān)系：

Butler-Volmer方程Butler-Volmer方程是電化學(xué)動(dòng)力學(xué)的基石。闡述了電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的電流隨活化過電勢(shì)的指數(shù)倍增加?；罨^電勢(shì)η是電化學(xué)過程中為了克服活化能壘而損失的電壓。2024/11/258電勢(shì)和速率的關(guān)系：

Butler-Volmer方程2024/11/259電勢(shì)和速率的關(guān)系：

Butler-Volmer方程2024/11/260改善反應(yīng)動(dòng)力學(xué)性能增加反應(yīng)物濃度；降低反應(yīng)活化能；提高反應(yīng)溫度；增加有效反應(yīng)界面。2024/11/261活化動(dòng)力學(xué)的簡(jiǎn)化：Tafel方程2024/11/262活化動(dòng)力學(xué)的簡(jiǎn)化：Tafel方程2024/11/263燃料電池電荷傳輸2024/11/264燃料電池電荷傳輸

燃料電池中有三種動(dòng)力可以驅(qū)動(dòng)電荷傳輸：電學(xué)驅(qū)動(dòng)力，即電勢(shì)梯度dV/dx；化學(xué)驅(qū)動(dòng)力，即化學(xué)勢(shì)梯度dμ/dx和機(jī)械驅(qū)動(dòng)力dP/dx。

在金屬電極中，只有電勢(shì)梯度可以驅(qū)動(dòng)電子傳輸。在電解質(zhì)中，化學(xué)勢(shì)（即濃度）梯度和電勢(shì)梯度都可以驅(qū)動(dòng)質(zhì)子傳輸。

在燃料電池中，電學(xué)（電勢(shì)梯度）驅(qū)動(dòng)力對(duì)電荷傳輸起主導(dǎo)作用。也就是說，質(zhì)子積累/消耗電學(xué)效果形成的電勢(shì)梯度的作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于質(zhì)子積累/消耗化學(xué)效果形成的濃度梯度的作用。2024/11/265燃料電池電荷傳輸2024/11/266電荷傳輸導(dǎo)致的電壓損失2024/11/267電阻隨

面積變化2024/11/268電阻隨面積變化2024/11/269阻抗的可加性2024/11/270主導(dǎo)阻抗2024/11/271電導(dǎo)率

電導(dǎo)率是一種材料適合電荷傳輸好壞程度，表示在電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下一種材料允許電荷傳輸?shù)哪芰ΑＳ绊懖牧想妼?dǎo)率的因素：1、材料中載流子的濃度；2、載流子在材料中的遷移率。2024/11/272電導(dǎo)率2024/11/273電子導(dǎo)體與離子導(dǎo)體2024/11/274電子電導(dǎo)率和離子電導(dǎo)率聚合物電解質(zhì)離子擴(kuò)散率為10-8m2/s，固體電解質(zhì)離子電導(dǎo)率比金屬電子電導(dǎo)率低很多。2024/11/275燃料電池電解質(zhì)的要求高離子電導(dǎo)率；低電子電導(dǎo)率；高穩(wěn)定性；低燃料滲透；合理的機(jī)械強(qiáng)度；容易制備。2024/11/276聚合物電解質(zhì)中的離子傳導(dǎo)聚合物要傳輸離子必須具備：固定電荷節(jié)點(diǎn)和自由體積。固定電荷節(jié)點(diǎn)應(yīng)具有相反電荷來保證聚合物的靜電荷平衡；固定電荷節(jié)點(diǎn)提供了容納或釋放自由離子的臨時(shí)中心。聚合物的結(jié)構(gòu)不是完全致密的，這種自由體積改善了離子的穿過能力，增加自由體積會(huì)增加聚合物內(nèi)小規(guī)模結(jié)構(gòu)振動(dòng)和移動(dòng)范圍，這些運(yùn)動(dòng)會(huì)引起離子從一個(gè)節(jié)點(diǎn)向另一個(gè)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)移。2024/11/277聚合物電解質(zhì)中的離子傳導(dǎo)2024/11/278聚合物電解質(zhì)中的離子傳導(dǎo)聚合物自由體積也為車載機(jī)制離子傳輸提供了場(chǎng)所。在車載機(jī)制中，離子在某種自由物質(zhì)經(jīng)過時(shí)搭載上這些車輛，通過自由體積空間實(shí)現(xiàn)傳輸。水是一種常見的自由載體物質(zhì)，當(dāng)水分穿過聚合物中自由體積時(shí)，離子可以隨同搭載。2024/11/279Nafion中的離子傳輸Nafion具有聚四氟乙烯（Teflon）支撐骨架結(jié)構(gòu)，與Teflon不同的是Nafion包含磺酸基（SO3-H+）功能團(tuán)。Teflon提供了機(jī)械強(qiáng)度，磺酸基提供了固定電荷節(jié)點(diǎn)。而Nafion鏈的相互交聯(lián)形成了自由體積，即孔隙。Nafion濕潤(rùn)后的水分為自由載體，和質(zhì)子形成水合質(zhì)子，在孔隙中傳遞。Teflon的憎水性加速了膜中的水的傳輸。2024/11/280Nafion2024/11/281NafionNafion的孔狀結(jié)構(gòu)可以容納很多水分。當(dāng)充分濕潤(rùn)時(shí)，其體積可以增長(zhǎng)22%。Nafion膜的導(dǎo)電率和水分含量密切相關(guān)，測(cè)量水分含量是測(cè)量膜電導(dǎo)率的關(guān)鍵。Nafion膜含水量λ是每個(gè)帶電節(jié)點(diǎn)攜帶水分子的數(shù)目。Nafion膜含水量λ的范圍為0-22.2024/11/282Nafion2024/11/283Nafion2024/11/284電滲作用水遷移質(zhì)子以水合質(zhì)子的形式移動(dòng)，每個(gè)質(zhì)子都會(huì)攜帶一個(gè)或幾個(gè)水分在Nafion膜的孔隙中移動(dòng)。每個(gè)質(zhì)子攜帶水分子的數(shù)目是電滲作用系數(shù)ndrag（λ=22）。在膜充分濕潤(rùn)時(shí)，ndrag=2.5±0.2（溫度在30℃到50℃）。2024/11/285膜中水分的反擴(kuò)散通常PEM燃料電池陰極的水分濃度比陽極高，水分在濃差作用下出現(xiàn)反擴(kuò)散。2024/11/286Nafion等效質(zhì)量=原子或分子質(zhì)量/化合價(jià)Nafion中磺酸基（SO3-H+）是1價(jià)，一個(gè)磺酸基只能結(jié)合一個(gè)質(zhì)子，因此，等效質(zhì)量為加一個(gè)質(zhì)子的聚合物結(jié)構(gòu)的平均質(zhì)量。Nafion等效質(zhì)量一般為1-1.1kg/mol，干態(tài)密度為1970kg/m32024/11/287Nafion2024/11/288Nafion2024/11/289燃料電池質(zhì)量傳輸2024/11/290燃料電池質(zhì)量傳輸燃料電池中的質(zhì)量傳輸包括：1、氫氣在流場(chǎng)和陽極中的傳遞；2、氧氣和氮?dú)庠诹鲌?chǎng)和陰極中的傳遞；3、電子在陰極和陽極中的傳遞；4、質(zhì)子在催化劑層和膜中的傳遞；5、水分在整個(gè)燃料電池中的傳遞。2024/11/291燃料電池質(zhì)量傳輸2024/11/292流場(chǎng)和電極中的質(zhì)量傳輸2024/11/293電極中的質(zhì)量傳輸2024/11/294電極中的質(zhì)量傳輸2024/11/295電極中的質(zhì)量傳輸2024/11/296有效擴(kuò)散系數(shù)2024/11/297極限電流密度2024/11/298濃差過電壓

催化劑層中由于反應(yīng)物消耗引起的壓力損耗叫濃差過電壓（ηconc）。

濃度對(duì)燃料電池的影響包括通過Nernst方程和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)來影響。2024/11/299濃差過電壓2024/11/2100濃差過電壓由Butler-Volmer方程也可以得到濃差過電壓。2024/11/2101濃差過電壓2024/11/2102流道中的對(duì)流傳質(zhì)2024/11/2103流道中的對(duì)流傳質(zhì)2024/11/2104流道中的對(duì)流傳質(zhì)2024/11/2105氣體在流道中的消耗2024/11/2106氣體在流道中的消耗催化劑層消耗的氧氣：擴(kuò)散層擴(kuò)散的氧氣：2024/11/2107氣體在流道中的消耗通過氣體通道和擴(kuò)散層界面的氧氣：催化劑層消耗的氧氣等于擴(kuò)散層擴(kuò)散的氧氣，等于從氣體通道進(jìn)入擴(kuò)散層的氧氣：2024/11/2108氣體在流道中的消耗由上述關(guān)系式可以得到：輸入的氧氣減排除的氧氣等于進(jìn)入擴(kuò)散層的氧氣：2024/11/2109氣體在流道中的消耗氧氣的總消耗：上述方程式聯(lián)立得到：2024/11/2110流場(chǎng)設(shè)計(jì)2024/11/2111流場(chǎng)設(shè)計(jì)2024/11/2112燃料電池模型2024/11/2113燃料電池模型2024/11/2114燃料電池模型2024/11/2115燃料電池模型2024/11/2116燃料電池模型2024/11/2117燃料電池一維模型-通量平衡2024/11/2118電流和消耗通量平衡2024/11/2119水分通量平衡2024/11/2120一維模型描述2024/11/2121模型控制方程2024/11/2122PEMFC一維模型范例2024/11/2123PEMFC一維模型范例2024/11/2124PEMFC一維模型范例2024/11/2125PEMFC一維模型范例2024/11/2126PEMFC一維模型范例2024/11/2127燃料電池模型控制方程2024/11/2128燃料電池模型控制方程2024/11/2129燃料電池模型控制方程2024/11/2130燃料電池模型控制方程2024/11/2131燃料電池表征2024/11/2132燃料電池表征參數(shù)燃料電池的特征參數(shù)包括：總體性能：i-V曲線、功率密度；動(dòng)力學(xué)特性：ηact，j0，α，活性表面積；歐姆特性：Rohmic，電解質(zhì)電導(dǎo)率，接觸電阻，電極電阻；質(zhì)量傳輸特性：jL，Deff，壓強(qiáng)損耗，電化學(xué)反應(yīng)的均勻性；損耗：jleak,副反應(yīng)，燃料滲漏；2024/11/2133燃料電池的表征電極結(jié)構(gòu)特性：孔隙率，彎曲率，電導(dǎo)率；催化劑結(jié)構(gòu)特性：厚度，孔隙率，催化劑負(fù)載，顆粒大小，活性表面積，利用率，三相界面，離子傳導(dǎo)率，電子傳導(dǎo)率；流場(chǎng)結(jié)構(gòu)特性：壓降，氣體分布，電導(dǎo)率；熱