4  实训平台实验研究 20

4。1 实训平台 20

4。2 实验要求及实验过程 22

4。3 实验数据与分析 24

4。3。1 电堆启动实验 24

4。3。2 变负载实验 25

4。3。3 电堆撤载实验 26

4。3。4 实验小结 27

5  总结与展望 28

致谢 29

参考文献 30

1  绪论

1。1研究背景

随着现代文明经济的发展需要，人类的能源需求日益庞大，而伴随着这一需求的实际情况则是石油煤炭等化石能源的日益枯竭，这些能源的存量已然见底，在百年后各类能源将逐步使用殆尽。伴随着人类文明进步的同时，一起到来的是环境的严重污染，由于使用化石能源而排放出的各类污染气体正在侵蚀着地球环境。传统的化石能源存在着太多的不足之处，已经渐渐地难以跟上人类的需求与发展步伐，需要也必须要有新的更先进的能源来代替传统能源，只有这样才能维持人类文明的发展进程[1]。

在利用传统化石能源中的化学能时，一般都是将其燃烧释放出热能，然后经过热机过程将其转化为机械能或是电能 [2]。在这个过程当中，由于一些材料方面的限制和卡诺循环的影响，大量的能源并没有得到有效利用而被白白耗散，能源转化的效率很低，一般只有百分之三十左右；还有例如化石能源的污染问题毫无疑问也是一个重大缺陷。

最近的几十年中，人们一直没有停下寻找环保、可靠、高效的新能源的脚步，不断深化的经济全球化也大大地促进着能源的发展进程。参与积极合作组织的国家对能源的需求不会变化太多，但是这些国家对新能源的需求量会慢慢增加，相应的会减少对化石能源的需求量[3]。2011年3月，日本发生了福岛核电泄露的事故，导致了非常严重的损失，由于这一事件的影响，很多国家在考虑放弃核电，甚至部分国家已经取消了核电计划。这一系列的事件使得核能的关注度日益降低，大大刺激了化石能源市场，但同时也给新能源的发展带来了新的机遇。在各类可再生能源之中，太阳能因为某些因素的限制，并不能得到大规模的推广和使用，风电和水电也受到了地形和相关技术上的限制[5]。因此，氢能的发展和利用就受到了广泛的关注和研究，氢在宇宙中分布广泛，占据了75%的宇宙质量，只要解决氢气的提取问题，人类将真正得到取之不尽，用之不竭的环保新能源。

1。2 质子交换膜燃料电池的研究现状

1。3质子交换膜燃料电池的电堆建模

       为了描述PEMFC的电特性关系以及电池内部的化学反应、粒子传递，研究者们提出了很多全面描述燃料电池的数学模型[20]：

1）从燃料电池的工作原理上来分：水管理模型、阴极分析模型、催化层电化学反应模型[20]。

2）从组成结构上分：电极、催化层、双极板等组件模型、单电池模型、电堆模型[20]。

3）从建模方法上分：实验模型、机理模型[20]。

4）从是否考虑时间变化上分：稳态模型、动态模型[20]。

5）从时空维数上分：零维模型（与空间无关，只与时间有关的集总参数模型）、一维、二维、三维模型（与时间空间都有关的分布参数模型，依空间维数不同分一二三维）[20]。