隨著全球化石燃料消耗量日益增加，對于清潔能源的應用需求日益增加。氫能來源豐富，可以高效轉化，使用過程無排放污染，作為二次能源的載體，在工業(yè)、交通等領域中有重要前景。從1968年通用汽車設計生產(chǎn)了d一輛氫燃料電池汽車開始，將氫能應用于交通出行一直是解決環(huán)境污染和能源供需問題的重要途徑。隨著近年來新能源汽車的發(fā)展趨勢日益強勁，燃料電池汽車也得到越來越多的關注。

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

中國汽車技術研究中心有限公司數(shù)據(jù)資源中心于2017年購入Mirai，并對其進行了長期的整車性能分析試驗。燃料電池系統(tǒng)是本款車的核心部件。

氫氧燃料電池，以氫氣為負極，以氧氣為正極，通過一系列化學反應將燃料轉化為電能，是一個無窮盡的能量轉換裝置，而非能量提供者，由于其具有轉換效率高、排放廢棄物少、功率范圍廣、容量大、無需充電、噪音低等特點，現(xiàn)已在移動電源、應急電源、家庭電源、電廠發(fā)電、飛機、軍事、潛艇等方面具有廣泛應用，但其也具有結構復雜、價格昂貴等缺點，限制了其進一步的發(fā)展。

工作原理如下圖所示，氧氣由進氣格柵進入到燃料電池中，氫氣通過儲氫罐進入到燃料電池中，二者在燃料電池中發(fā)生反應，從而產(chǎn)生電能通過電機驅(qū)動汽車行駛。

燃料電池的基本原理請參考下圖，簡單來說就是電解水的逆反應。把氫氣和氧氣分別供給陽極和陰極，氫通過Pt催化劑生成氫離子，失去的電子通過外電路到達陰極，產(chǎn)生電能；與此同時，陽極側的氫離子通過質(zhì)子交換膜到達陰極與氧氣反應生成水。看似簡單的原理，實則并不是那么簡單。

以直行單流道單體質(zhì)子交換膜燃料電池為研究對象，借助于CFD軟件的PEM模塊對不同工作環(huán)境下（工作壓力、工作溫度和濕度）下的電池進行數(shù)值模擬，研究低電流密度條件下壓力、溫度和濕度對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極集流板、陰極集流板、陽極氣體流道、陰極氣體流道、陽極氣體擴散層、陰極氣體擴散層、陽極催化劑層、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，我國在能源方面進行了戰(zhàn)略性調(diào)整，將研究開發(fā)的重點逐漸轉向氫能，其中，汽車工業(yè)的氫燃料電池利用氫能研發(fā)進展較快，目前我國的燃料電池商用車已進入產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的初期階段，為加強競爭力以更好參與全球燃料電池產(chǎn)業(yè)和技術市場，應提高燃料電池關鍵材料與核心組件、加氫站核心部件和關鍵技術的國產(chǎn)化率，推動燃料電池汽車制造和加氫站建設成本的大幅降低。在氫資源豐富的地區(qū)率先開展燃料電池汽車的商業(yè)化推廣，有效降低氫氣使用成本；隨后通過技術提升和市場輻射，帶動我國氫能燃料電池產(chǎn)業(yè)的整體技術進步和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。