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以聚集体模型描述催化层结构，自由堆积球模型计算催化层的有效质子和电子传导率。建立了质子交换膜燃料电池（PEMFC）的二维稳态数学模型，目的是研究阳极结构和工作条件的优化。模型方程涉及气体传输、质子和电子传导以及电化学反应等过程。一致的实验数据和模拟结果验证了模型的有效性。计算结果表明。阳极气体中的水含量在一定范围内会通过膜电导率影响燃料电池性能；阳极扩散层厚度和孔率等对燃料电池无明显作用；阳极催化层中过低或过高的电解质含量会恶化PEMFC的极化行为；阳极催化层的催化剂载量还有进一步降低的潜力。