本书聚焦燃料电池技术，全面且深入地阐述了其基本原理、关键技术及广泛应用。开篇精准剖析燃料电池将化学能直接转换为电能的独特机制，基于热力学与动力学原理，解析各类燃料电池（碱性、磷酸、熔融碳酸盐、质子交换膜、固体氧化物等类型）的工作原理及性能差异。核心技术部分详述了膜电极组件（质子交换膜、催化剂、气体扩散层）、双极板、密封技术、水/热管理及冷启动技术等，从材料特性、制备工艺到性能优化，多维度探究提升燃料电池效率与稳定性的策略。应用领域涵盖分布式发电、交通运输（汽车、船舶、航空航天）、便携式电源等，尤其着重于燃料电池汽车技术，从动力系统集成到整车性能优化，详析技术瓶颈与突破方向，为科研人员、工程师及决策者提供了坚实的理论与实践指引，有力推动了该技术在全球能源转型中发挥关键作用，迈向低碳、高效的能源未来。

董非，教授，博导，长期从事动力系统多相流动与热管理技术领域的科研工作。担任汽车与交通工程学院燃料电池发动机研究所执行所长，入选江苏省“六大人才高峰”人才培养对象。兼任中国内燃机学会燃料电池发动机分委会委员，江苏省内燃机学会，汽车工程学会会员等，曾在日本Osaka University作访问学者，主持国家自然科学基金等课题10余项，获江苏省人民政府政府科技奖二等奖等多个奖项，在Renewable and Sustainable Energy Reviews、Applied Energy、International Journal of Heat and Mass Transfer, Applied Thermal Engineering等传热传质领域重要期刊发表SCI论文100余篇，在电池系统方面授权国内外专利30余件。

前言
第1章　燃料电池概述1
1.1　燃料电池原理1
1.2　燃料电池的发展历史3
1.3　燃料电池的分类7
1.3.1　碱性燃料电池（AFC）7
1.3.2　磷酸燃料电池（PAFC）8
1.3.3　熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）8
1.3.4　质子交换膜燃料电池（PEMFC）9
1.3.5　固体氧化物燃料电池（SOFC）9
1.4　燃料电池的应用11
第2章　燃料电池电化学基础17
2.1　燃料电池热力学17
2.1.1　吉布斯自由能17
2.1.2　燃料电池电动势与能斯特（Nernst）方程18
2.1.3　理论效率的计算19
2.1.4　燃料电池与热机效率对比19
2.2　电极过程动力学20
2.2.1　法拉第定律21
2.2.2　极化21
2.2.3　多孔气体扩散电极28
第3章　质子交换膜燃料电池核心
部件31
3.1　质子交换膜燃料电池发电原理31
3.2　膜电极32
3.2.1　质子交换膜32
3.2.2　催化剂35
3.2.3　膜电极制备工艺39
3.3　双极板41
3.3.1　材料42
3.3.2　流场45
3.4　密封件与端板56
第4章　氢燃料电池系统设计60
4.1　氢燃料电池系统概述61
4.2　氢气供应子系统62
4.2.1　储氢瓶62
4.2.2　减压阀与截止阀63
4.2.3　气液分离器64
4.2.4　喷射器和氢气循环泵64
4.3　空气供应子系统66
4.3.1　空气压缩机69
4.3.2　压力传感器70
4.3.3　加湿模块72
4.4　水/热管理子系统73
4.4.1　水/热管理系统的设计原理73
4.4.2　水/热管理系统的主要部件78
第5章　燃料电池水管理81
5.1　PEMFC气液两相流动实验
测量82
5.1.1　PEMFC气液两相流动可视化
实验82
5.1.2　气体扩散层液态水流动可视化
实验设计与平台搭建85
5.1.3　流道液态水流动可视化实验
设计与平台搭建86
5.2　PEMFC气液两相流动模拟88
5.2.1　气体扩散层气液两相流动数值
计算模型90
5.2.2　流道气液两相流动数值计算
模型92
5.3　PEMFC强化排水设计95
5.3.1　气体扩散层强化排水设计95
5.3.2　流道强化排水设计97
第6章　燃料电池热管理101
6.1　燃料电池内部的产热过程101
6.2　温度对燃料电池性能的影响102
6.3　燃料电池热管理技术的
发展方向与需求103
6.4　燃料电池热管理测试技术105
6.4.1　温度测量技术105
6.4.2　热流测量技术106
6.4.3　湿度测量技术106
6.5　燃料电池热管理建模技术106
6.5.1　单体电池传热计算107
6.5.2　燃料电池堆传热计算108
第7章　燃料电池冷启动113
7.1　燃料电池水冰相变过程114
7.2　燃料电池冷启动过程115
7.2.1　外部热源加热下燃料电池内
多相流动和相变传热机理116
7.2.2　电化学产热下燃料电池内
多相流动和相变传热机理117
7.3　燃料电池水冰相变测试方法118
7.3.1　直接观测法118
7.3.2　间接观测法120
7.4　燃料电池冷启动建模121
7.4.1　一维宏观模型121
7.4.2　多维宏观模型123
7.4.3　多维介观模型126
7.5　燃料电池冷启动介观模型
示例128
第8章　燃料电池汽车的关键技术及
发展趋势141
8.1　燃料电池汽车的关键技术141
8.1.1　燃料电池系统核心组件技术141
8.1.2　燃料电池汽车动力系统集成
技术148
8.1.3　燃料电池汽车轻量化与
安全性技术150
8.2　燃料电池汽车的发展趋势152
8.2.1　性能提升152
8.2.2　成本降低155
8.3　应用拓展157
8.3.1　乘用车市场拓展157
8.3.2　商用车领域深化应用158