氢燃料电池工作原理

丰田汽车公司在2014年12月推出的氢燃料电池汽车Mirai，作为全球第一款量产的氢燃料电池车，在技术领域与氢燃料电池等方面具有较大的参考意义和分析价值。

中国汽车技术研究中心有限公司数据资源中心于2017年购入Mirai，并对其进行了长期的整车性能分析试验。燃料电池系统是本款车的核心部件。本期文章我们就来和大家聊聊氢燃料电池的工作原理

Mirai的工作原理如下图所示，氧气由进气格栅进入到燃料电池中，氢气通过储氢罐进入到燃料电池中，二者在燃料电池中发生反应，从而产生电能通过电机驱动汽车行驶。

燃料电池的基本原理请参考下图，简单来说就是电解水的逆反应。把氢气和氧气分别供给阳极和阴极，氢通过Pt催化剂生成氢离子，失去的电子通过外电路到达阴极，产生电能；与此同时，阳极侧的氢离子通过质子交换膜到达阴极与氧气反应生成水。看似简单的原理，实则并不是那么简单。

以直行单流道单体质子交换膜燃料电池为研究对象，借助于CFD软件的PEM模块对不同工作环境下（工作压力、工作温度和湿度）下的电池进行数值模拟，研究低电流密度条件下压力、温度和湿度对燃料电池性能的影响程度。

质子交换膜燃料电池的组成部分主要包括阳极集流板、阴极集流板、阳极气体流道、阴极气体流道、阳极气体扩散层、阴极气体扩散层、阳极催化剂层、阴极催化剂层和质子交换膜，其中气体流道为单直行流道。