本文為了瞭解當陰極氣體擴散層、觸媒層與質子交換膜層、陽極 觸媒層、陰極氣體擴散層溫度不再是均溫的情形時，對整體燃料電池 系統的效能有何影響，因此本文共採取了不同的電池操作溫度以及不 同的陰陽極入口氣體溫度來模擬此問題。以下的分析都是利用表 4-2 為輸入參數來討論各種行為。
圖 4-4 所示為系統溫度在353K 不同的表面過電壓時，氣體擴散 層、觸媒層與薄膜層內溫度變化圖。由圖中可知，溫度的變化會隨著 表面過電壓的增加而增加，這是因為表面過電壓增加時，電池的反應 也隨著增加，使得電池產生出的電流變大，因而歐姆阻抗、電化學反 應所產生的熱也就跟著變大。我們可以看出在陰陽極的氣體擴散層以 及觸媒層的溫度分佈幾乎呈現線性，這表示熱傳導的行為主導了這個 部分的熱表現，而歐姆阻抗所產生的熱並不重要，相反的，在薄膜內 的溫度分佈呈現出非線性，這指出歐姆阻抗所生成的熱在薄膜內變成 很重要的一部份，雖然我們把薄膜假設為水飽和，但他的熱導係數還
是比其他層來的低許多，這使得薄膜所產生的Joule heating 比其他層 變大許多，還有陰極的觸媒層溫度都高於陽極的觸媒層溫度，這是因 為化學反應發生在陰極觸媒層，隨著電流越高，化學反應越激烈，所 產生的化學熱也就跟著變多，於是陰陽及的觸媒層溫度差異也跟著變 大。
圖 4-5 所示為操作溫度在 353K、不同表面過電壓下，陰極氣體 渠道、氣體擴散層與觸媒層中氧氣質量分率曲線分佈圖。由圖中可 知，氧氣質量分率會跟著表面過電壓 (Surface overpotential) 的增加 而遞減，這是由於表面過電壓增加時，電化學反應也隨之變的更為劇 烈，使得氧氣消耗的速度加快而導致氧氣質量分率的減少。當表面過
電壓η = 0.32 V時氧氣已經只剩下原來的10%，故當表面過電壓超過
0.32 V不久之後，便會發生了極限電流值的產生。
圖 4-6 為不同表面過電壓系統溫度在 353K，在薄膜層以及觸媒 層內薄膜相電位的分佈圖，圖中清楚看出表面過電壓越大，所造成的 薄膜相電位變化也變大，薄膜相電位變化變大，即電流變大。圖 4-7 表示不同表面過電壓而系統溫度在353K時，薄膜以及觸媒層內的電 流密度分佈圖，因為增加表面過電壓，會使得電化學反應的程度變 好，而薄膜相電位差異也會增大，最後使得產生的電流密度也隨之增 加，而薄膜內的電流密度呈現為固定值是因為在系統溫度為 353 K 時，薄膜內的溫度變化很小，所以薄膜導電度也不會有什麼變化，故 電流也不會有什麼變化，相反的，觸媒層因為有化學反應的發生所以 電流會以指數的形式上升。
圖 4-8 表示的是操作溫度在353K 的情況下，非等溫模式與等溫 模式對其極化曲線影響的曲線圖，如圖可知，等溫模式與非等溫模式 所造成對性能的影響並不明顯，這是因為非等溫模式下的電池溫度只
有很微小的變化，所以使得非等溫模式與等溫模式的差異並不明顯。
這個結果提供了往後對於燃料電池的研究，若兩邊反應氣體的溫度一 致，則可以視系統為一等溫裝置，而使分析的困難度降低。
圖4-9 所示為在不同的操作溫度下，在氣體擴散層、觸媒層與薄 膜層中氧氣質量分率分佈比較圖，當系統溫度增加時，會使得混和密 度下降，而導致氧氣的擴散能力變差，故氧氣能擴散到觸媒層參與反 應的量會隨著溫度的增加而減少，所以我們可以看到系統溫度在 363K 時，氧氣在觸媒層上只消耗到大約原來的一半;而系統溫度在 313K 時，氧氣的分率已經消耗到原來的 0.1 左右，所以系統溫度降低雖然 會使得氧氣比較容易擴散進入到觸媒層參與反應，但也會讓質傳極限 提早發生。
圖 4-10 為在不同的系統操作溫度時，觸媒層以及薄膜內的薄膜
相電位分佈比較圖。當系統的溫度昇高時，薄膜內以及觸媒層內的電 位差也會變小，代表溫度高時薄膜以及觸媒層內的電流值會隨之變 小，而觸媒層內電位差會隨著溫度上升而下降的主要原因乃是當操作 的溫度上升時，會使得能參與反應的氧氣減少，而讓化學反應變差進 而導致交換電流密度會下降。
圖 4-11 所示為非等溫模式下，εd(x)=0.4 時不同的電池操作溫 度對其極化曲線影響之比較圖。由此圖可以看出，當系統的操作溫度 變高，而性能就變差且質傳極限電流值較小，這是因為操作溫度越 高，雖然能提升反應的速率，但系統內的飽和蒸汽的量也會增多，因 此能夠參與反應的氧氣量也變少，故得到的電流值較低，因而使得質 傳的極限發生時的電流值較低。但質傳極限較不容易產生,………
圖4-12為陰極入口溫度固定在353K時改變陽極入口溫度，電池
薄膜內的溫度梯度也越大，這是因為薄膜內的熱傳導係數比其他區域 來的小，所以傳熱的效果差，故造成此一現像。
圖4-13為陰極入口溫度固定在323K時改變陽極入口溫度，電池 內部的溫度分佈情形，同樣的，我們得到溫度分佈結果，就如同圖 4-11一樣，薄膜的溫度梯度大於其他部分，原因也是因為薄膜的熱導 係數較其他部分來的差許多，故造成溫度的梯度較大。
圖4-14為陰極入口溫度固定在323K與353K時改變陽極入口溫 度，電池陰極氣體渠道､氣體擴散層以及觸媒層的氧氣質量分率分佈 情形，由這張圖可以看出當陰極固定在323K時氧氣的利用程度大於 固定在353K的時候，原因是當陽極入口溫度增加時，會使得混和密 度下降，而導致氧氣的擴散能力變差，故氧氣能擴散到觸媒層參與反 應的量會隨著溫度的增加而減少，故氧氣的消耗能力會變差。
圖4-15乃在不同陽極入口溫度下，當陰極溫度為353K，η
=0.28V，εd(x)=0.4時，觸媒層以及薄膜中的薄膜相電位分佈比較圖，
如圖可以清楚的看出來溫度越低時所造成的電壓降越大，意指生成的 電流也越多；而在觸媒層裡的電壓變化會與化學反應的劇烈程度成正 比，所以當陽極入口溫度較低時，會使得陰極側的溫度也跟著下降，
使得混和氣體密度變大，此一變化使得氧氣的擴散力變強，進而使得 反應較為充分而完全故使得電壓降變大，電流變大。
圖4-16為不同陽極入口溫度，當陰極入口溫度為353K，η
=0.28V，εd(x)=0.4時之極化曲線比較圖，此圖中有兩個地方要注意，
一是當陰極溫度維持在353K，陽極的溫度上升時，極化曲線中間的 那一段因為歐姆阻抗所損失的電位會稍微變少，這是因為陽極入口溫 度上升時，薄膜內的溫度也會跟著上升，溫度上升會使得薄膜的導電 度變好，故因歐姆電阻而損失的電位會減少;二是當溫度上升時質傳 的極限並不會提早發生，這是因為陰極溫度在353K，氧氣的利用本 來就不是很劇烈，所以陰極側的混合密度雖然會隨著溫度上升而變 小，但影響極小，所以對於陰極這邊的質傳影響並不明顯。
圖4-17為不同陽極入口溫度，當陰極入口溫度為353K，η
=0.28V，εd(x)=0.4時之極化曲線比較圖，同樣的可以看出來當陽極 溫度上升會使得薄膜的電阻降低而使得因歐姆阻抗所損失的電位會 較少，但陽極溫度高時，陰極混和氣體密度會變小，使得氧氣的擴散 較差，這個方面比陰極入口溫度固定為353K時來的明顯,這是因為 陰極入口溫度為323K時，氧氣的消耗本來就劇烈，再加上氧氣的擴 散便差，所以對於陰極入口溫度為 323K的質傳影響較為顯著，故陰 極質傳的極限會稍微較早發生。
圖4-18為當εd(x)=0.4，陽極入口溫度固定為353K而不同陰極 入口溫度時溫度分佈比較圖，可以看出在改變陰極入口氣體溫度的情
況下，陰極的氣體擴散層以及觸媒層的溫度差異都會變的很大，但相 較於陰極來說，陽極側的溫度改變就小了許多。圖4-19則是當εd(x)
=0.4，陽極入口溫度固定為323K而不同陰極入口溫度時溫度分佈比 較圖，同樣地可以看出，當改變陰極入口氣體溫度的情況下，陰極的 氣體擴散層以及觸媒層的溫度差異也都會變的很大，但相較於陰極來 說，陽極側的溫度改變就小了許多。
圖4-20 在不同陰極入口溫度下，當陽極溫度為323K以及
353K，η=0.28V，εd(x)=0.4時，氣體渠層、氣體擴散層與觸媒層的 氧氣質量分率變化比較圖;此圖與圖 4-13 有著明顯的差異，首先氧氣 的利用程度主要會隨著陰極的入口溫度下降而變強烈，次要的受到陽 極側溫度的上升而緩和的變弱；所以可以看出陰極的溫度改變相對於 陽極溫度改變，氧氣利用的程度受到的影響較大。
圖4-21為不同陰極入口溫度，當陽極入口溫度為353K，η
=0.28V，εd(x)=0.4時之極化曲線比較圖，當降低陰極入口溫度時會 使得混和氣體的密度變大，進而使得氧氣的擴散能力變好，所以增加 陰極入口溫度會讓電池的性能變差，相對於固定陰極入口溫度改變陽 極入口溫度，性能的影響會明顯的很多，所以陰極的入口溫度變化對 其性能的影響遠大於陽極溫度變化的影響。
圖4-22為不同陰極入口溫度，當陽極入口溫度為323K，η
=0.28V，εd(x)=0.4 時之極化曲線比較圖，圖4-22比圖4-21來說，
並沒有顯著的差異，但性能會稍微的好一點點，這歸功於陽極的入口 溫度比較低的原因，這會使得陰極的溫度再稍微的變低一些些，進而 使得性能變好一點點，但相當不顯著。
並沒有顯著的差異，但性能會稍微的好一點點，這歸功於陽極的入口 溫度比較低的原因，這會使得陰極的溫度再稍微的變低一些些，進而 使得性能變好一點點，但相當不顯著。