质子交换膜燃料电池分数阶建模与仿真(4)

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（2）研究PEMFC温度模型对于电特性的影响

根据对PEMFC电特性的研究和电特性的数学模型建立它的机理模型，为快速实现这个模型，本文建立的是它的稳态模型。并将温度模型嵌入电特性模型当中，分别比较温度模型为分数阶与整数阶时对电特性模型输出的影响。

2 质子交换膜燃料电池

2.1 质子交换膜燃料电池基本原理

质子交换膜由集流板，流场板，气体扩单层，催化层，和质子交换膜组成。它的电解质是全氟磺酸型的固体聚合物，电催化剂是铂/碳或铂-铑/碳，燃料是氢或净化重整气，氧化剂为空气或纯氧，双极板是带有气体流动通道的石墨板或表面改性的金属板。

PEMFC的系统比较复杂，它具有三维多相性、多尺度性，同时，是个动态过程。在燃料电池中气体的扩散、流体的流动、水的相变及它在膜中的传递同时存在，并相互产生作用。氢气和氧气作为燃料和氧化剂使质子交换膜燃料电池正常运行[11]。文献综述

主要反应过程为：

（1）首先氢气和氧气通过气体分配器，到达阴极阳极，透过电极扩散层到催化层。

（2）阳极的催化剂反应之后，氢气被解析为H+和e-。在这里质子的传递过程是：氢离子以质子的形式，在质子交换膜的磺酸基之中传递，最终到达阴极。这样的传递导致阳极质子减少，负电子增多，形成负极。同时，电子通过外电路到达阴极。以下为反应式：

（3）在阴极，O2、H+和电子在催化剂的作用下发生反应。以下为反应式：

（4）电极反应生成的水没用，大部分当做废物排出，一部分在压力差的作用下向阳极扩散。

电池的总反应方程式为： (2-3)

可见质子交换膜燃料电池内部进行的是燃料和氧化剂分开完成的氧化还原反应。它的反应本质，其实就是将燃料和氧化剂中的化学能，通过一系列的化学变化转化为电能。

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