序
PREFACE

以氢气为燃料的质子交换膜燃料电池（氢燃料电池）是一种清洁高效的电化学能源转化装置，是构建清洁低碳安全高效的新型能源体系以实现我国“双碳”目标的重要一环。近年来我国不断加强在氢燃料电池产业的投入力度，并批准建设了多个氢燃料电池汽车示范城市群，但氢燃料电池技术的商业化推广应用仍受限于燃料电池本身的高成本、低功率密度和低寿命等因素的限制。

氢燃料电池工作原理涉及非常复杂的从微观、介观再到宏观的多尺度“气-水-热-电”传输和电化学反应过程，深刻理解氢燃料电池中的多物理过程机理是实现高性能燃料电池设计的关键基础。建模仿真技术是深刻理解燃料电池运行过程机理的必备手段，相比实验测试方法可大幅降低成本，并且非常灵活便捷，目前也已成为各国内外燃料电池企业进行产品开发的必要设计手段。我们西安交大热流科学与工程系自2003年开始执行国家基金委关于质子交换膜燃料电池水热管理的第一个重点基金以来，研究氢燃料电池至今已经20年了，其间曾执行过国家基金委的多个有关项目，并与国内质子交换膜燃料电池的多个头部企业紧密合作，取得了积极的成果。特别是屈治国教授主持了科技部“十三五”重点研发计划项目“燃料电池堆过程建模仿真、状态及寿命评价方法研究”，带领项目的研究团队在这一方面取得了丰富研究成果。

屈治国教授及其合作者基于已有研究基础完成了《氢燃料电池多物理过程建模与仿真》一书的撰写工作。本书属于“十四五”时期国家重点出版物出版专项规划项目，“碳中和交通出版工程·氢能燃料电池动力系统系列”丛书，获得了国家科学技术学术著作出版基金资助，书籍内容符合国家“双碳”目标的发展需求，顺应氢燃料电池推广应用这一发展趋势。本书的特点是理论和综合性强，书中首先对氢燃料电池的相关热力学基础知识做了系统介绍，然后分别从单电池、膜电极、电堆和系统层次对氢燃料电池建模仿真技术进行了详细阐述，特别介绍了膜和催化层相关衰减机理和相应的建模仿真技术，都是当前学界和企业十分关心的问题。本书介绍的燃料电池仿真技术很多都是面向工程设计应用需求进行研究的结果，包含了大量的实验验证和模型标定工作，其中部分模型工作为东方电气（成都）氢燃料电池科技有限公司的燃料电池产品设计开发提供了理论指导。因此本书的出版一定会推动我国氢燃料电池产品正向设计方法的深入研究与开发。

本人非常高兴看到本书在国家出版基金的资助下出版，乐为之序。

陶文铨，西安交通大学教授

中国科学院院士

2023年10月20日