1．目的及意义

论文的目的：

质子交换膜燃料电池（PEMFC）发电作为新一代发电技术，其广阔的应用前景可与计算机技术相媲美。经过多年的基础研究与应用开发，质子交换膜燃料电池用作汽车动力的研究已取得实质性进展。由于质子交换膜燃料电池发电系统有望成为移动装备电源和重要建筑物备用电源的主要发展方向，因此有许多问题需要进行深入的研究。本次论文的目的在于研究PEMFC中温度及湿度对质子交换膜所带来的应力变化和结构强度变化，以期能够得出延长PEMFC质子交换膜耐久性的结论成果。

论文的意义：

耐久性是质子交换膜燃料电池(PEMFC)实现商业化亟待解决的主要问题之一,在车载工况下,由于快速变载、频繁启动/停车等动态操作等影响,PEMFC质子交换膜的温度和湿度不是恒定不变的，由其产生的膜的应力变化过大会使膜的寿命大大缩短。因此，研究不同流道的作用下膜的温度及湿度变化以及对应产生的应力变化，对提高膜的耐久性具有重要意义。

国内外研究现状分析：

根据课题需要，查阅了国内外的相关文献，将其总结成以下几方面：PEMFC质子交换膜研究^[1-9]、PEMFC流道建模仿真模拟研究^[10-18]、燃料电池耐久性试验循坏工况研究^[19]、PEMFC温度及湿度研究^[20-22]、PEMFC应力分析研究^[23-27]。

首先主要针对高温PEMFC的质子交换膜进行了研究，国内外目前多采用一些改进型高温质子交换膜，主要类型有：(1)基于掺杂酸的聚合物膜，如磷酸掺杂聚苯并咪唑膜(H₃P0₄／PBI)^[3]；(2)磺化膜和磺化复合膜^[4]；(3)改性的Nafion膜^[5-8]。其次对PEMFC流道建模仿真模拟的研究，主要研究了各类文献中建模以及模拟的思路与方法。经过整理思考，得出整个的计算实验流程为：运用CATIA或Gambit建立几何模型，再通过Gambit或ANSYS ICEM CFD对其进行网格划分，在Fluent软件中检查划分好的网格质量；若网格检查合格，调用Fluent软件中的燃料电池模块设置材料、边界条件等参数，然后对模型进行初始化并开始计算，在计算过程中修正相关参数使函数趋于收敛，最后对计算结果进行后续处理；若网格检查不合格，则重新进行网格划分，直至网格检查合格，然后按上述步骤进行计算。

随后对燃料电池耐久性试验循坏工况、PEMFC温度及湿度、PEMFC应力分析等细节进行了研究。据分析，近年来HT-PEMFC(100-200℃)的研究受到了国内外科研工作者的广泛关注，相关质子交换膜的研究在不断深入改进，随之而来的一些商业化问题，如提高耐久性，也在不断引起人们重视。虽然国内外对PEMFC温度、湿度及应力等耐久性方面的研究有很多，但是都只是对某个方面进行研究，并没有将温度、湿度变化，以及应力和结构强度变化进行系统的分析。本次实验便是针对不同流道下按实际路谱模拟电池工作状态，得到电池的工作温度和膜的湿度，根据膜的温度和湿度变化分析膜所受应力变化，来分析膜的结构强度变化。
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2. 研究的基本内容与方案

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研究（设计）基本内容：

1.绪论

2.数学模型