序
PREFACE

以氫氣為燃料的質子交換膜燃料電池（氫燃料電池）是一種清潔高效的電化學能源轉化裝置，是構建清潔低碳安全高效的新型能源體系以實現我國“雙碳”目標的重要一環。近年來我國不斷加強在氫燃料電池產業的投入力度，并批準建設了多個氫燃料電池汽車示范城市群，但氫燃料電池技術的商業化推廣應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”傳輸和電化學反應過程，深刻理解氫燃料電池中的多物理過程機理是實現高性能燃料電池設計的關鍵基礎。建模仿真技術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外燃料電池企業進行產品開發的必要設計手段。我們西安交大熱流科學與工程系自2003年開始執行國家基金委關于質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20年了，其間曾執行過國家基金委的多個有關項目，并與國內質子交換膜燃料電池的多個頭部企業緊密合作，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”重點研發計劃項目“燃料電池堆過程建模仿真、狀態及壽命評價方法研究”，帶領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劃項目，“碳中和交通出版工程·氫能燃料電池動力系統系列”叢書，獲得了國家科學技術學術著作出版基金資助，書籍內容符合國家“雙碳”目標的發展需求，順應氫燃料電池推廣應用這一發展趨勢。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熱力學基礎知識做了系統介紹，然后分別從單電池、膜電極、電堆和系統層次對氫燃料電池建模仿真技術進行了詳細闡述，特別介紹了膜和催化層相關衰減機理和相應的建模仿真技術，都是當前學界和企業十分關心的問題。本書介紹的燃料電池仿真技術很多都是面向工程設計應用需求進行研究的結果，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品設計開發提供了理論指導。因此本書的出版一定會推動我國氫燃料電池產品正向設計方法的深入研究與開發。

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