随着全球经济的快速发展,现有的能源结构导致的资源问题和环境污染日益严重,加快全球能源结构转型升级,大力发展可再生能源是当今世界一项重要的课题。燃料电池可以将化学能直接转化为电能,而不产生其他污染,具有高效、清洁等优点。热电制冷机可以将燃料电池的余热转化为电能,从而有效利用余热,并且结构简单、体积小、启动快、控制灵活。本文建立的碱性燃料电池（Alkaline Fuel Cell,AFC）与热电制冷机结合的混合系统,用碱性燃料电池产生的余热传递给TEG（Thermoelectric Generator）模块产生额外电力,随后驱动TEC（Thermoelectric cooler）模块制冷,考虑了混合系统内部的不可逆损失,确定混合系统中TEG-TEC的工作电流区间,推导出混合系统性能参数的表达式,研究不同参数对混合系统性能的影响。本文五个章节的主要研究内容如下:第一章主要概述了本文的选题背景。介绍了燃料电池的发展历史,其中详细介绍了碱性燃料电池的发展、优点以及类型。此外,介绍了半导体中三种重要的热电效应,阐述了热电制冷的研究与应用。最后给出了本文的主要研究内容。第二章建立了AFC的热力学模型。考虑了电池本身存在的三种不可逆损失,推导出碱性燃料电池输出功率、效率和熵产率的表达式。对AFC进行数值模拟与分析,得到AFC运行时的优化工作区间,最后研究工作温度、工作压力和KOH质量分数对AFC性能的影响。第三章建立了稳定状态下运行的碱性燃料电池与双层半导体组成的混合系统模型。在合理假设的前提下,基于热力学和电化学理论,导出混合系统输出功率、能量效率、熵产率和（火用）效率的数学表达式,确定了混合系统中电流密度的有效工作区间。通过混合系统中电流密度、功率密度、能量效率以及熵产率之间的关系图,得到电流密度、功率密度、能量效率以及熵产率的的优化工作区间。同时研究了工作温度、工作压力、热电元件传热系数和热电元件数量等参数对混合系统性能的影响。最后将混合系统与单独燃料电池进行对比,体现出混合系统性能的优越性,并发现增加板翅式换热器后,混合系统的性能得到进一步提升。第四章在第三章构建的AFC-TEG-TEC混合系统模型的基础上,建立了由AFC与双级热电发电器和双级热电制冷器耦合的AFCTTEG-TTEC混合系统模型,详细考虑板翅式换热器在混合系统中的影响。基于电化学和热力学定律,推导出混合系统功率密度、效率和板翅式换热器的标准化熵增率的数学表达式,以板翅式换热器的标准化熵增率作为优化目标,应用数值模拟分析研究了工作温度、优质系数、环境温度、冷流体性质及工作电流对板翅式换热器的标准化熵增率的影响。最后通过对混合系统及板翅式换热器的性能分析,分别得到混合系统和板翅式换热器的优化工作区间。第五章对全文的主要内容进行总结,列举文中一些创新点,并将混合系统模型与实际情况对比,提出一些建议并对进一步研究做出展望。