氢燃料电池的建模与仿真技术对揭示其运行机理、优化性能、降低成本和提高可靠性具有至关重要的作用。本书系统性地介绍了燃料电池技术，涵盖了从基础理论到实际应用的多个方面。首先，深入探讨了燃料电池的基本原理和工作机制；随后，以质子交换膜燃料电池与固体氧化物燃料电池为例，重点讲解了不同尺度下燃料电池的建模方法，包括微观的电化学反应模型、中观的传输现象以及宏观的系统多维模型与性能分析；紧接着以金属氢化物和先进碳材料为例，介绍了不同储氢系统的建模仿真方法；最后，结合燃料电池在电动汽车、发电站与热电联产等相关领域的案例研究，提供了多种仿真技术及代码的应用实例，帮助读者理解如何通过计算模型优化燃料电池的设计和运行效率。 本书适用于从事燃料电池研究、开发及应用的工程师、研究人员以及高等院校相关专业的学生，旨在为读者提供全面而深入的燃料电池基础与应用技术参考。

戈兰·礼萨·莫莱马内什（Gholam Reza Molaeimanesh），博士毕业于伊朗德黑兰的伊朗科技大学（IUST）。研究涉及氢和燃料电池、锂离子电池、车辆暖通空调系统、生物柴油燃料生产和评估、电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车的现代传动系统、非经典计算流体动力学、道路车辆空气动力学和热管理、内燃机的进气和排气系统等不同领域，已发表文章60余篇。

译者序
前言
二维码索引
第1章　燃料电池基本原理 1
1.1　介绍 2
1.1.1　燃料电池发展路线 2
1.1.2　燃料电池运行机制 6
1.1.3　燃料电池类型 9
1.2　热力学 17
1.2.1　吉布斯自由能 18
1.2.2　热力学第二定律与燃料电池 20
1.2.3　燃料电池效率 21
1.2.4　有效因素的作用 22
1.3　电化学反应动力学 28
1.3.1　交换电流密度 29
1.3.2　Butler-Volmer方程 31
1.3.3　有效因素的作用 36
1.4　电荷转移 37
1.4.1　电子电阻 37
1.4.2　离子电阻 38
1.4.3　有效因素的作用 40
1.5　质量传递 41
1.5.1　从流动通道到GDL的对流传质 42
1.5.2　扩散传质 42
1.5.3　有效因素的作用 43
1.6　燃料电池的特性曲线 44
1.7　本章小结 45
思考题 45
参考文献 46
第2章　质子交换膜燃料电池 47
2.1　介绍 48
2.1.1　组成与结构 48
2.1.2　PEMFC中的传输现象 59
2.1.3　PEMFC用氢 103
2.2　PEMFC的微尺度建模与仿真 109
2.2.1　微结构重建 110
2.2.2　孔隙尺度数值模拟方法 115
2.2.3　晶格玻尔兹曼模拟技术 115
2.2.4　水运孔隙网络模拟 139
2.2.5　水传输的流体体积法模型 145
2.3　PEMFC的宏观建模与仿真 148
2.3.1　电池的一维建模 149
2.3.2　有限体积法框架 160
2.3.3　电池的2D/3D建模 169
2.3.4　堆栈的建模 172
2.3.5　PEMFC系统的建模与控制 173
2.3.6　PEMFC冷启动建模 177
2.4　本章小结 179
思考题 180
参考文献 182
第3章　固体氧化物燃料电池 187
3.1　引言 188
3.1.1　部件及结构 188
3.1.2　固体燃料电池系统中的传输现象 191
3.2　固体燃料电池的微观建模与仿真 196
3.2.1　微观结构重建方法 196
3.2.2　反应气体流动的晶格玻尔兹曼模拟 199
3.3　固体燃料电池的宏观建模与仿真 200
3.3.1　一维建模 200
3.3.2　固体燃料电池单元、堆栈和系统的2D/3D模型 203
3.3.3　固体燃料电池系统建模 208
3.4　固体氧化物电解槽的建模 209
3.5　本章小结 209
思考题 210
参考文献 210
第4章　储氢系统 212
4.1　引言 213
4.2　高压罐 214
4.3　储氢罐 215
4.3.1　一维建模 218
4.3.2　CFD模拟 219
4.4　本章小结 221
思考题 221
参考文献 222
第5章　燃料电池电动汽车 223
5.1　介绍 224
5.2　车辆动力学 224
5.2.1　阻力和牵引力 224
5.2.2　车辆性能 227
5.2.3　车辆能耗 228
5.3　燃料电池电动汽车的配置和组件 230
5.3.1　PEMFC和电池模块 230
5.3.2　车辆控制单元 230
5.3.3　牵引电机 232
5.3.4　PEMFC和氢气罐 232
5.4　FCEV的建模与控制 233
5.4.1　性能特征 233
5.4.2　能耗特点 234
5.5　本章小结 238
思考题 238
参考文献 238
第6章　燃料电池发电站 239
6.1　应用 240
6.1.1　住宅领域 240
6.1.2　发电站 241
6.1.3　汽车 242
6.2　SOFC发电站组件 245
6.2.1　主反应堆 245
6.2.2　材料 247
6.2.3　重整器 251
6.2.4　调压器 252
6.2.5　热管理组件 252
6.3　燃料 254
6.3.1　外重整 256
6.3.2　内重整 257
6.3.3　气化 258
6.4　本章小结 262
思考题 263
参考文献 263
第7章　热电联产系统 264
7.1　热电联产和燃料电池 265
7.1.1　燃料电池发热量 265
7.1.2　有效能 270
7.1.3　热经济学 272
7.2　热电联产设计的一般程序 274
7.3　基于SOFC的热电联产系统 275
7.3.1　SOFC与汽轮机联产系统 275
7.3.2　空间增温的应用场景 276
7.3.3　SOFC与脱盐联产系统 276
7.3.4　供电设施中的应用场景 278
7.3.5　高温电池的应用场景 278
7.4　基于PEMFC的热电联产系统 279
7.4.1　基于PEMFC热电联产系统的主要关注点 279
7.4.2　有机朗肯循环 281
7.4.3　热电联产循环计算 283
7.4.4　实例分析 294
7.5　本章小结 301
思考题 301
参考文献 302
附录 304
附录A　格子玻尔兹曼代码 305
A.1　几何生成器 305
A.2　具有纤维障碍的PEMFC流道内等温单相空气流动 305
A.3　多孔介质中流体位移的建模 306
A.4　使用格子玻尔兹曼方法的PEMFC阴极催化剂层建模 306
附录B　用于PEMFC仿真的MATLAB代码 307
附录C　优化方法 308
C.1　优化的概念 308
C.2　优化方法分类 310
C.3　在C++中实现优化方法 312
C.4　总结 314
参考文献 315
附录D　基于ANSYS Fluent的MH油箱仿真UDF 315
附录E　计算FCEV能量消耗的MATLAB代码 315