燃料電池

　　簡介 本書是《可再生能源叢書》中的一本。本書密切結(jié)合當(dāng)前燃料電池的最新研究成果，對(duì)燃料電池的關(guān)鍵材料開發(fā)、工程技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行了較為詳盡的分析與總結(jié)。全書共分為9章，第1章簡單介紹了燃料電池的發(fā)展歷史、電化學(xué)原理以及燃料電池的分類，作為深入了解燃料電池的基礎(chǔ)。第2章～第8章對(duì)7種類型的燃料電池分別進(jìn)行闡述，重點(diǎn)在第2章的質(zhì)子交換膜燃料電池、第5章的直接醇類燃料電池、第7章固體氧化物燃料電池與第8章的金屬/空氣燃料電池。在第9章簡單介紹了燃料電池的應(yīng)用狀況與發(fā)展前景，反映了近年來燃料電池的最新科技成果和未來發(fā)展動(dòng)態(tài)。本書以材料科學(xué)為基礎(chǔ)，內(nèi)容全面而新穎，能反映燃料電池技術(shù)各領(lǐng)域的最新研究進(jìn)展，適于從事燃料電池研究與工程開發(fā)的科技工作者閱讀，也可作為高年級(jí)本科生、研究生的教學(xué)參考書。 目錄第1章燃料電池概述1 11燃料電池的發(fā)展歷史1 111燃料電池早期的發(fā)展1 112幾種燃料電池的發(fā)展歷史3 113燃料電池的著名人物7 114燃料電池發(fā)展里程碑10 12電化學(xué)原理11 121基本原理11 122燃料電池的熱力學(xué)12 123燃料電池的動(dòng)力學(xué)15 124燃料電池效率19 13燃料電池的類型21 131堿性燃料電池21 132磷酸燃料電池22 133熔融碳酸鹽燃料電池23 134質(zhì)子交換膜燃料電池25 135固體氧化物燃料電池27 136幾種特殊類型的燃料電池29 參考文獻(xiàn)31 第2章質(zhì)子交換膜燃料電池33 21質(zhì)子交換膜燃料電池雙極板33 211雙極板的功能和特點(diǎn)33 212雙極板流場形式33 213雙極板的種類39 214總結(jié)與展望45 21節(jié)參考文獻(xiàn)46 22質(zhì)子交換膜47 221概述47 222全氟型磺酸膜及其質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)現(xiàn)狀48 223全氟型磺酸膜的改性51 224非全氟型磺酸膜及其復(fù)合膜56 225酸堿高分子膜66 226高溫質(zhì)子交換膜燃料電池實(shí)驗(yàn)69 22節(jié)參考文獻(xiàn)73 23質(zhì)子交換膜燃料電池電催化劑82 231概述82 232電催化劑的制備方法83 233電催化劑的表征方法86 234質(zhì)子交換膜燃料電池的陽極催化劑90 235質(zhì)子交換膜燃料電池的陰極催化劑105 236展望113 23節(jié)參考文獻(xiàn)114 24膜電極的制備技術(shù)117 241概述117 242氣體擴(kuò)散層材料119 243膜電極的制備129 244薄層膜電極的制備135 245結(jié)論138 24節(jié)參考文獻(xiàn)138 25質(zhì)子交換膜燃料電池的性能特性140 251理論電壓140 252能量轉(zhuǎn)換效率142 253電性能143 254溫度特性144 255壓力特性146 256CO的影響147 257壽命148 258電堆性能特性149 259性能挑戰(zhàn)151 25節(jié)參考文獻(xiàn)153 26質(zhì)子交換膜燃料電池模型概述154 261電化學(xué)模型154 262質(zhì)量傳遞模型157 263傳熱傳質(zhì)模型163 26節(jié)參考文獻(xiàn)167 27質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)170 271燃料電池系統(tǒng)構(gòu)成與技術(shù)要求170 272空氣供給系統(tǒng)172 273氫源及供給系統(tǒng)173 274加濕系統(tǒng)178 275冷卻系統(tǒng)180 276控制系統(tǒng)181 27節(jié)參考文獻(xiàn)181 第3章堿性燃料電池 183 31概述183 311發(fā)展歷史183 312工作原理184 32電池結(jié)構(gòu)184 321電極184 322電解質(zhì)186 323排水方法186 324CO2毒化問題187 33堿性燃料電池與質(zhì)子交換膜燃料電池的比較187 34堿性燃料電池的應(yīng)用189 參考文獻(xiàn)192 第4章磷酸型燃料電池194 41發(fā)電原理194 42特點(diǎn)與工作條件194 421特點(diǎn)194 422工作條件195 43工作條件對(duì)電池性能的影響195 431工作壓力的影響195 432工作溫度的影響196 433燃料的影響196 434氧化劑組成和利用率的影響198 44磷酸型燃料電池系統(tǒng)基本組成198 441燃料電池本體198 442燃料轉(zhuǎn)化裝置199 443熱量管理單元200 444系統(tǒng)控制單元202 45磷酸型燃料電池關(guān)鍵材料204 451電催化劑204 452三相電極作用原理與電極結(jié)構(gòu)205 453電解質(zhì)與隔膜208 454雙極板209 46磷酸型燃料電池技術(shù)的現(xiàn)狀與未來209 參考文獻(xiàn)210 第5章直接醇類燃料電池212 51工作原理212 52基本結(jié)構(gòu)213 53直接醇類燃料電池的研發(fā)概況213 531氫作燃料的不安全性213 532直接醇類燃料電池的發(fā)展概況214 533直接醇類燃料電池還存在的問題216 54陽極催化劑217 541甲醇氧化的機(jī)理研究217 542Pt基陽極催化劑218 543非金屬催化劑222 544影響催化劑電催化性能的結(jié)構(gòu)因素222 545催化劑的制備方法223 55陰極催化劑225 551Pt基復(fù)合催化劑225 552過渡金屬大環(huán)化合物催化劑226 553Chevrel相催化劑227 554過渡金屬硫化物催化劑227 555過渡金屬羰基化合物催化劑228 556其他類型催化劑228 56質(zhì)子交換膜228 561改性Nafion膜228 562聚四氟乙烯為基底的復(fù)合膜230 563無機(jī)化合物聚合物復(fù)合膜230 564接枝膜231 565非氟均聚膜232 566共混膜233 57甲醇替代燃料233 571乙醇233 572其他小分子醇235 573甲酸236 574其他甲醇替代燃料237 58直接醇類燃料電池結(jié)構(gòu)238 59商業(yè)化前景241 參考文獻(xiàn)241 第6章熔融碳酸鹽燃料電池252 61熔融碳酸鹽燃料電池的工作原理252 611熔融碳酸鹽燃料電池的原理252 612熔融碳酸鹽燃料電池的技術(shù)特點(diǎn)253 62熔融碳酸鹽燃料電池的技術(shù)現(xiàn)狀253 621國外熔融碳酸鹽燃料電池的技術(shù)現(xiàn)狀253 622國內(nèi)熔融碳酸鹽燃料電池的技術(shù)現(xiàn)狀256 63熔融碳酸鹽燃料電池的關(guān)鍵材料及制備257 631熔融碳酸鹽燃料電池隔膜的材料257 632熔融碳酸鹽燃料電池隔膜的制備258 633熔融碳酸鹽燃料電池隔膜的性能258 634熔融碳酸鹽燃料電池電極的材料和制備259 635熔融碳酸鹽燃料電池雙極板材料和制備260 64熔融碳酸鹽燃料電池結(jié)構(gòu)260 641熔融碳酸鹽燃料電池單電池結(jié)構(gòu)260 642熔融碳酸鹽電池組結(jié)構(gòu)261 643熔融碳酸鹽發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)261 65熔融碳酸鹽燃料電池的制備和運(yùn)行262 651熔融碳酸鹽燃料電池測試系統(tǒng)262 652熔融碳酸鹽燃料電池現(xiàn)場燒結(jié)262 653熔融碳酸鹽燃料電池的性能263 654熔融碳酸鹽燃料電池的運(yùn)行263 66熔融碳酸鹽燃料電池電站264 661天然氣熔融碳酸鹽燃料電池電站的構(gòu)成264 662煤氣化熔融碳酸鹽燃料電池、燃?xì)廨啓C(jī)、汽輪機(jī)聯(lián)合 發(fā)電廠264 67影響熔融碳酸鹽燃料電池性能和壽命的主要因素分析266 671溫度的影響267 672壓力的影響267 673反應(yīng)氣體組分和利用率的影響269 674電流密度的影響269 675電解質(zhì)的成分和電解質(zhì)板結(jié)構(gòu)270 676氣體中雜質(zhì)的影響270 677熔融碳酸鹽燃料電池設(shè)計(jì)時(shí)的幾條原則271 68熔融碳酸鹽燃料電池技術(shù)開發(fā)重點(diǎn)及主要課題272 參考文獻(xiàn)273 第7章固體氧化物燃料電池275 71固體氧化物燃料電池關(guān)鍵材料275 711電解質(zhì)276 712陰極287 713陽極293 714連接材料301 715致密電解質(zhì)薄膜的制備技術(shù)301 71節(jié)參考文獻(xiàn)303 72新型中、低溫氧化物/陶瓷燃料電池的材料研發(fā)305 721質(zhì)子在含氧酸鹽中的傳導(dǎo)305 722具有NaCl結(jié)構(gòu)鹽和其復(fù)合陶瓷中的質(zhì)子傳導(dǎo)307 723氟化物結(jié)構(gòu)鹽及其復(fù)合陶瓷308 724鹵化鹽中質(zhì)子和氧離子電導(dǎo)產(chǎn)生的缺陷化學(xué)311 725氧化鈰基的復(fù)合材料312 726鈣鈦礦氧化物鹽（或氧化物）的復(fù)合電解質(zhì)體系321 727納米結(jié)構(gòu)的薄膜復(fù)合材料324 728氧化鈰（攙雜氧化鈰）金屬的復(fù)合材料325 729氧化鈰中氫/質(zhì)子相關(guān)的缺陷化學(xué)327 7210離子在氧化鈰基復(fù)合材料中的傳導(dǎo)和增強(qiáng)機(jī)制328 7211基于現(xiàn)有復(fù)合材料研究的啟發(fā)和其他嘗試330 7212電池的材料方案以及質(zhì)子和氧離子共傳導(dǎo)材料331 72節(jié)參考文獻(xiàn)333 73低溫固體氧化物燃料電池的發(fā)展方向335 731引言335 732電解質(zhì)材料336 733陽極材料341 734陰極材料342 735封接材料343 736單電池與電堆345 73節(jié)參考文獻(xiàn)347 第8章金屬/空氣燃料電池350 81概述350 811工作原理350 812金屬/空氣燃料電池的特點(diǎn)351 813研究歷史352 82鋅負(fù)極353 821鋅負(fù)極的電化學(xué)反應(yīng)353 822影響堿性鋅電極性能的因素354 823鋅/空氣（燃料）電池中鋅負(fù)極的特殊性356 824鋅電極的形態(tài)357 83鋁負(fù)極358 831鋁負(fù)極的特征358 832鋁合金負(fù)極359 833電解質(zhì)及添加劑360 84堿性空氣電極360 841堿性介質(zhì)中的氧還原催化劑361 842空氣電極的結(jié)構(gòu)363 843空氣電極的制備工藝363 85電解質(zhì)364 851液態(tài)電解質(zhì)365 852堿性聚合物電解質(zhì)365 853離子液體電解質(zhì)體系368 86金屬/空氣燃料電池的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)用369 861負(fù)極可更換的鋅/空氣燃料電池369 862可現(xiàn)場加注燃料的鋅/空氣燃料電池371 參考文獻(xiàn)372 第9章燃料電池的應(yīng)用與前景375 91燃料電池應(yīng)用概述375 92便攜式電源376 921便攜式系統(tǒng)對(duì)于電源的要求377 922輕便電源378 923筆記本電腦電源382 924手機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)、PDA電源384 925微型燃料電池前景預(yù)測388 93燃料電池電動(dòng)車388 931電動(dòng)車的發(fā)展歷史388 932燃料電池公共汽車390 933燃料電池轎車397 934燃料電池輕便車輛405 935燃料電池特種車輛408 94燃料電池電站410 941燃料電池電站概況410 942堿性燃料電池電站413 943磷酸燃料電池電站413 944質(zhì)子交換膜燃料電池電站414 945熔融碳酸鹽燃料電池電站416 946固體氧化物燃料電池電站418 95燃料電池艦艇與飛機(jī)419 951燃料電池潛艇419 952水面船只421 953燃料電池飛機(jī)422 參考文獻(xiàn)424

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