豐田汽車(chē)公司在2014年12月推出的氫燃料電池汽車(chē)Mirai，作為全球第一款量產(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。本期文章我們就來(lái)和大家聊聊氫燃料電池的工作原理

Mirai的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。