質子交換膜燃料電池中的壓降和氫氣咋子轉化過程中的利用效率
質子交換膜燃料電池（PEMFC）是将氫和氧的化學能轉化為電能的電化學裝置，水是其反應過程中唯一的副産品，PEMFC作為運輸和固定應用的清潔高效能源而備受關注，PEMFC的效率由幾個因素決定，比如壓降和氫氣利用效率。
PEMFC由幾個組成部分組成，包括陽極、陰極和質子交換膜，陽極和陰極塗有催化劑層，促進氫和氧之間的電化學反應，而質子交換膜将陽極和陰極分開，并将質子從陽極傳導到陰極，PEMFC還包括一個氣體擴散層，便于反應氣體和産物水在電極和膜之間運輸。
PEMFC中的壓降是指當反應氣體流過燃料電池時氣體壓力的降低，壓降是由燃料電池元件（包括氣體擴散層、催化劑層和膜）中氣流的阻力引起的。
PEMFC的壓降對燃料電池的性能和效率有顯著影響，例如，高壓降會降低反應物氣體流速并增加燃料電池中反應物的濃度，這可能導緻品質傳遞限制并降低燃料電池性能。
另一方面，低壓降增加了反應物的氣體流速并降低了反應物的濃度，這可以提高燃料電池的性能，但也增加了由于氣體壓縮引起的寄生功率損耗。
有幾個因素會影響PEMFC的壓降，包括氣體流速、通道幾何形狀和燃料電池溫度，例如，較高的氣體流速會增加壓降，因為對氣流的阻力增加。
通道幾何形狀也會影響壓降，因為狹窄的通道會增加氣流阻力，進而增加壓降。燃料電池的溫度也會影響壓降，因為氣體粘度和密度随溫度變化。
PEMFC中的氫氣利用效率（HUE）是指燃料電池中實際消耗的氫氣量與基于燃料電池設計和操作條件的理論可消耗氫氣量的比率。
色調是決定PEMFC效率和性能的關鍵因素，高色調表示燃料電池正在有效利用氫燃料，而低色調表示一些氫正在浪費或未使用。
壓降和氫氣利用效率對PEMFC的性能和效率有顯著影響。壓降通過限制反應物氣體傳輸并導緻品質傳輸限制來影響燃料電池性能。
高壓降也會增加氣體壓縮引起的寄生功率損耗，進而降低燃料電池效率。氫氣利用效率通過确定有效利用的氫氣量來影響燃料電池的性能燃料電池，低 HUE 會導緻較低的功率輸出和降低的燃料效率，因為一些氫燃料被浪費或未使用。
優化PEMFC的壓降和氫氣利用效率對于最大限度地提高燃料電池性能和效率至關重要，優化壓降的一種方法是設計具有較低氣流阻力的燃料電池元件，例如更薄的氣體擴散層或更大的通道寬度。
然而，壓降降低太多會導緻氣體擴散層泛濫，降低燃料電池性能，是以，在壓降和防溢之間取得平衡對于優化燃料電池性能是必要的。
PEMFC中HUE的優化涉及提高催化劑性能和優化操作條件，例如，更具活性和選擇性的催化劑可以改善氫氧化并減少氫交叉，進而導緻更高的HUE。
工作溫度和壓力也會影響HUE，因為較高的溫度和壓力可以增強催化劑表面的氫吸附和解離。
實驗研究探讨了壓降和氫氣利用效率對PEMFC性能和效率的影響。例如，Kandlikar等人（2004年）研究了具有不同通道幾何形狀和氣體流速的PEMFC中的壓降。
結果表明：壓降随氣體流量的增加而增大，随通道寬度減小;作者還發現，壓降對燃料電池性能有顯着影響，因為高壓降會導緻品質傳輸限制并降低燃料電池效率。
研究人員研究了HUE對PEMFC性能和效率的影響，他們改變了工作溫度和壓力，并測量了燃料電池的色調和功率輸出。
結果表明：HUE随工作溫度和壓力的增加而增加，功率輸出随工作壓力的增加而增加，随工作溫度的升高而降低，是以得出結論，HUE是決定PEMFC效率和性能的關鍵因素，優化操作條件可以提高HUE和燃料電池效率。
PEMFC的壓降和氫氣利用效率研究對于優化燃料電池的性能和效率至關重要，壓降通過限制反應物氣體傳輸并導緻品質傳輸限制來影響燃料電池性能，而氫氣利用效率通過确定燃料電池中有效利用的氫量來影響燃料電池性能。
實驗研究表明，優化壓降和氫氣利用效率可以提高燃料電池的性能和效率，需要進一步研究，為運輸和固定應用開發更高效、更具成本效益的PEMFC。
