论文中介绍了几种燃料电池,分别给出了它们的特性并进行比较.论文的主体是质子交换膜燃料电池温度和湿度特性.该课题的意义在于推动清洁、高效能源的利用和发展.为了达到上述目标,对质子交换膜燃料电池的膜建立了一维、瞬时的数学模型.膜的作用是将质子从阳极到传递阴极,同时防止别的反应气体穿透膜.膜被设定为单相的、多组分的.对水的传递的驱动原理模型是:对流作用力、渗透作用力(例如,扩散力)和电拖动力的共同作用.其中这些作用力分别由:压力梯度、浓度梯度和质子从阳极迁移到阴极过程中水分子的拖动作用而产生的结果.模型中对质子、水、热能等建立了守恒方程,并对膜中电势的变化建立方程.论文也给出了催化剂层的一维、瞬时模型.催化剂层的结构可以描述为聚合物膜、衬垫层和附属铂微粒重叠而成.该模型参考了目前文献中流行的伪均质模型的一些特征,认为电化学动力反应是在铂颗粒表面上进行的,质子通过成块的聚合物间隙传递,水和氧气通过催化剂层中膜的微孔进行传递.由于此区域的低多孔性和较高的液态水含量,催化剂层会限制电流的大小.给出了反应和生成组分的质量守恒、电子守恒和能量守恒的方程式.对些诸如Butler-Volmer方程式等封闭关系式进行讨论,给出其初始化条件和边界条件.另外,催化剂层的成本是非常昂贵的,因此模型是否能够预测催化剂的利用率和如何提高利用率是非常重要的.模型通过有限差分的方法进行求解.计算结果反应了电流密度、压力梯度、水和热的流量、燃料电池的启动等对水的浓度、温度、膜和催化剂层中电势等的作用.