隨著全球化石燃料消耗量日益增加，對(duì)于清潔能源的應(yīng)用需求日益增加。氫能來(lái)源豐富，可以高效轉(zhuǎn)化，使用過(guò)程無(wú)排放污染，作為二次能源的載體，在工業(yè)、交通等領(lǐng)域中有重要前景。從1968年通用汽車(chē)設(shè)計(jì)生產(chǎn)了d一輛氫燃料電池汽車(chē)開(kāi)始，將氫能應(yīng)用于交通出行一直是解決環(huán)境污染和能源供需問(wèn)題的重要途徑。隨著近年來(lái)新能源汽車(chē)的發(fā)展趨勢(shì)日益強(qiáng)勁，燃料電池汽車(chē)也得到越來(lái)越多的關(guān)注。

豐田汽車(chē)公司在2014年12月推出的氫燃料電池汽車(chē)Mirai，作為全球d一款量產(chǎn)的氫燃料電池車(chē)，在技術(shù)領(lǐng)域與氫燃料電池等方面具有較大的參考意義和分析價(jià)值。

中國(guó)汽車(chē)技術(shù)研究中心有限公司數(shù)據(jù)資源中心于2017年購(gòu)入Mirai，并對(duì)其進(jìn)行了長(zhǎng)期的整車(chē)性能分析試驗(yàn)。燃料電池系統(tǒng)是本款車(chē)的核心部件。

氫氧燃料電池，以氫氣為負(fù)極，以氧氣為正極，通過(guò)一系列化學(xué)反應(yīng)將燃料轉(zhuǎn)化為電能，是一個(gè)無(wú)窮盡的能量轉(zhuǎn)換裝置，而非能量提供者，由于其具有轉(zhuǎn)換效率高、排放廢棄物少、功率范圍廣、容量大、無(wú)需充電、噪音低等特點(diǎn)，現(xiàn)已在移動(dòng)電源、應(yīng)急電源、家庭電源、電廠發(fā)電、飛機(jī)、軍事、潛艇等方面具有廣泛應(yīng)用，但其也具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格昂貴等缺點(diǎn)，限制了其進(jìn)一步的發(fā)展。

工作原理如下圖所示，氧氣由進(jìn)氣格柵進(jìn)入到燃料電池中，氫氣通過(guò)儲(chǔ)氫罐進(jìn)入到燃料電池中，二者在燃料電池中發(fā)生反應(yīng)，從而產(chǎn)生電能通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車(chē)行駛。

燃料電池的基本原理請(qǐng)參考下圖，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是電解水的逆反應(yīng)。把氫氣和氧氣分別供給陽(yáng)極和陰極，氫通過(guò)Pt催化劑生成氫離子，失去的電子通過(guò)外電路到達(dá)陰極，產(chǎn)生電能；與此同時(shí)，陽(yáng)極側(cè)的氫離子通過(guò)質(zhì)子交換膜到達(dá)陰極與氧氣反應(yīng)生成水。看似簡(jiǎn)單的原理，實(shí)則并不是那么簡(jiǎn)單。

以直行單流道單體質(zhì)子交換膜燃料電池為研究對(duì)象，借助于CFD軟件的PEM模塊對(duì)不同工作環(huán)境下（工作壓力、工作溫度和濕度）下的電池進(jìn)行數(shù)值模擬，研究低電流密度條件下壓力、溫度和濕度對(duì)燃料電池性能的影響程度。

質(zhì)子交換膜燃料電池的組成部分主要包括陽(yáng)極集流板、陰極集流板、陽(yáng)極氣體流道、陰極氣體流道、陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層、陰極氣體擴(kuò)散層、陽(yáng)極催化劑層、陰極催化劑層和質(zhì)子交換膜，其中氣體流道為單直行流道。

近年來(lái)，我國(guó)在能源方面進(jìn)行了戰(zhàn)略性調(diào)整，將研究開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)逐漸轉(zhuǎn)向氫能，其中，汽車(chē)工業(yè)的氫燃料電池利用氫能研發(fā)進(jìn)展較快，目前我國(guó)的燃料電池商用車(chē)已進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的初期階段，為加強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力以更好參與全球燃料電池產(chǎn)業(yè)和技術(shù)市場(chǎng)，應(yīng)提高燃料電池關(guān)鍵材料與核心組件、加氫站核心部件和關(guān)鍵技術(shù)的國(guó)產(chǎn)化率，推動(dòng)燃料電池汽車(chē)制造和加氫站建設(shè)成本的大幅降低。在氫資源豐富的地區(qū)率先開(kāi)展燃料電池汽車(chē)的商業(yè)化推廣，有效降低氫氣使用成本；隨后通過(guò)技術(shù)提升和市場(chǎng)輻射，帶動(dòng)我國(guó)氫能燃料電池產(chǎn)業(yè)的整體技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。