序
PREFACE

以氫氣為燃料的質(zhì)子交換膜燃料電池（氫燃料電池）是一種清潔高效的電化學能源轉(zhuǎn)化裝置，是構(gòu)建清潔低碳安全高效的新型能源體系以實現(xiàn)我國“雙碳”目標的重要一環(huán)。近年來我國不斷加強在氫燃料電池產(chǎn)業(yè)的投入力度，并批準建設(shè)了多個氫燃料電池汽車示范城市群，但氫燃料電池技術(shù)的商業(yè)化推廣應(yīng)用仍受限于燃料電池本身的高成本、低功率密度和低壽命等因素的限制。

氫燃料電池工作原理涉及非常復雜的從微觀、介觀再到宏觀的多尺度“氣-水-熱-電”傳輸和電化學反應(yīng)過程，深刻理解氫燃料電池中的多物理過程機理是實現(xiàn)高性能燃料電池設(shè)計的關(guān)鍵基礎(chǔ)。建模仿真技術(shù)是深刻理解燃料電池運行過程機理的必備手段，相比實驗測試方法可大幅降低成本，并且非常靈活便捷，目前也已成為各國內(nèi)外燃料電池企業(yè)進行產(chǎn)品開發(fā)的必要設(shè)計手段。我們西安交大熱流科學與工程系自2003年開始執(zhí)行國家基金委關(guān)于質(zhì)子交換膜燃料電池水熱管理的第一個重點基金以來，研究氫燃料電池至今已經(jīng)20年了，其間曾執(zhí)行過國家基金委的多個有關(guān)項目，并與國內(nèi)質(zhì)子交換膜燃料電池的多個頭部企業(yè)緊密合作，取得了積極的成果。特別是屈治國教授主持了科技部“十三五”重點研發(fā)計劃項目“燃料電池堆過程建模仿真、狀態(tài)及壽命評價方法研究”，帶領(lǐng)項目的研究團隊在這一方面取得了豐富研究成果。

屈治國教授及其合作者基于已有研究基礎(chǔ)完成了《氫燃料電池多物理過程建模與仿真》一書的撰寫工作。本書屬于“十四五”時期國家重點出版物出版專項規(guī)劃項目，“碳中和交通出版工程·氫能燃料電池動力系統(tǒng)系列”叢書，獲得了國家科學技術(shù)學術(shù)著作出版基金資助，書籍內(nèi)容符合國家“雙碳”目標的發(fā)展需求，順應(yīng)氫燃料電池推廣應(yīng)用這一發(fā)展趨勢。本書的特點是理論和綜合性強，書中首先對氫燃料電池的相關(guān)熱力學基礎(chǔ)知識做了系統(tǒng)介紹，然后分別從單電池、膜電極、電堆和系統(tǒng)層次對氫燃料電池建模仿真技術(shù)進行了詳細闡述，特別介紹了膜和催化層相關(guān)衰減機理和相應(yīng)的建模仿真技術(shù)，都是當前學界和企業(yè)十分關(guān)心的問題。本書介紹的燃料電池仿真技術(shù)很多都是面向工程設(shè)計應(yīng)用需求進行研究的結(jié)果，包含了大量的實驗驗證和模型標定工作，其中部分模型工作為東方電氣（成都）氫燃料電池科技有限公司的燃料電池產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)提供了理論指導。因此本書的出版一定會推動我國氫燃料電池產(chǎn)品正向設(shè)計方法的深入研究與開發(fā)。

本人非常高興看到本書在國家出版基金的資助下出版，樂為之序。

陶文銓，西安交通大學教授

中國科學院院士

2023年10月20日