燃料电池系统 曹殿学 等 著 大中专 文轩网

第1章燃料电池概述1
1.1燃料电池的历史回顾1
1.1.1燃料电池的定义1
1.1.2燃料电池的诞生及发展历程简介2
1.2燃料电池基础6
1.2.1燃料电池的工作原理6
1.2.2燃料电池的特点8
1.2.3燃料电池的种类9
1.3燃料电池系统16
1.3.1燃料电池堆16
1.3.2热管理系统18
1.3.3电力调节和转换系统18
1.3.4控制系统19
1.4燃料电池的应用20
1.4.1固定发电站21
1.4.2运输工具动力25
1.4.3便携式电源29
1.5能源、环境与燃料电池31
1.5.1能源的概况31
1.5.2化石能源的短缺和环境污染问题32
1.5.3氢能与燃料电池33
问题与讨论34
第2章燃料电池的热力学和动力学35
2.1燃料电池的热力学35
2.1.1理论效率的计算35
2.1.2电池电动势与温度的关系38
2.1.3电池电动势与压力的关系39
2.2电极过程动力学41
2.2.1极化与过电势42
2.2.2活化过电势43
2.2.3浓差过电势46
2.2.4欧姆过电势48
2.2.5燃料电池的极化曲线48
2.3燃料电池效率50
2.3.1燃料电池的实际效率50
2.3.2燃料电池系统的实际效率51
问题与讨论52
第3章质子交换膜燃料电池54
3.1发展简史54
3.2工作原理59
3.3特点61
3.4膜电极组件61
3.5电极催化剂62
3.5.1对催化剂的要求62
3.5.2催化剂的选择63
3.5.3催化剂的制备65
3.5.4催化剂的结构和表征67
3.6电极的结构68
3.6.1电极的种类、组成和制备方法68
3.6.2扩散层68
3.6.3催化层的制备72
3.7质子交换膜77
3.7.1质子交换膜的功能77
3.7.2Nafion膜的性能78
3.7.3Nafion膜的问题80
3.7.4Nafion膜的改进80
3.8双极板和流场84
3.8.1双极板的功能和要求85
3.8.2双极板的材料86
3.8.3流场98
3.9电池组系统100
3.9.1氢源100
3.9.2氧源101
3.9.3电池组的水管理101
3.9.4电池组的热管理102
3.10PEMFC商业化的问题103
问题与讨论104
第4章直接醇类燃料电池106
4.1直接醇类燃料电池的基本概念106
4.1.1工作原理106
4.1.2基本结构107
4.1.3优点110
4.2直接甲醇燃料电池的研发概况111
4.2.1受到重视的原因111
4.2.2发展概况111
4.3直接甲醇燃料电池性能的改进114
4.3.1阳极催化剂性能的改进114
4.3.2阴极催化剂性能的改进127
4.3.3质子交换膜140
4.4甲醇替代燃料的研究141
4.4.1研究甲醇替代燃料的原因141
4.4.2直接甲酸燃料电池142
4.4.3直接乙醇燃料电池144
4.5直接醇类燃料电池的商业化前景147
问题与讨论148
第5章碱性燃料电池149
5.1工作原理149
5.2优缺点151
5.2.1优点151
5.2.2缺点152
5.3基本结构152
5.3.1燃料和氧化剂152
5.3.2电极153
5.3.3催化剂中毒的原因及预防办法163
5.3.4电极结构及制备165
5.4电解质168
5.4.1电解质材料168
5.4.2电解质使用方法168
5.5工作条件172
5.5.1工作压力172
5.5.2工作温度172
5.5.3氧化剂的影响173
5.5.4排水173
5.5.5排热174
5.5.6电池寿命174
5.6研发和应用概况174
5.6.1空间应用领域174
5.6.2地面应用领域175
问题与讨论177
第6章磷酸燃料电池178
6.1工作原理178
6.2基本结构180
6.2.1电池系统180
6.2.2单体电池181
6.3工作条件对其性能的影响191
6.3.1工作温度的影响191
6.3.2反应气压力的影响193
6.3.3燃料气中杂质的影响194
6.3.4影响寿命的因素及改进方法198
6.4发展概况199
6.4.1发展原因199
6.4.2磷酸燃料电池电站的发展概况199
6.4.3电动车用磷酸燃料电池的发展概况200
6.5商业化的展望200
6.5.1降低成本200
6.5.2提高使用寿命202
6.5.3缩短启动时间202
6.5.4提高催化剂性能202
问题与讨论203
第7章熔融碳酸盐燃料电池204
7.1熔融碳酸盐燃料电池的工作原理205
7.2熔融碳酸盐燃料电池的隔膜材料206
7.2.1隔膜材料的性能206
7.2.2隔膜材料的制备208
7.2.3熔融碳酸盐燃料电池的电解质208
7.3熔融碳酸盐燃料电池的电极材料209
7.3.1阳极材料209
7.3.2阴极材料210
7.4熔融碳酸盐燃料电池的结构212
7.5操作条件对熔融碳酸盐燃料电池性能的影响215
7.5.1压力的影响216
7.5.2温度的影响216
7.5.3反应气体组成及利用率对电池性能的影响218
7.5.4燃料中杂质的影响219
7.5.5电流密度和运行时间的影响220
7.6熔融碳酸盐燃料电池的应用与发展现状221
7.6.1熔融碳酸盐燃料电池的应用221
7.6.2熔融碳酸盐燃料电池的发展现状221
7.6.3熔融碳酸盐燃料电池商业化的障碍224
问题与讨论224
第8章固体氧化物燃料电池225
8.1固体氧化物燃料电池的工作原理226
8.2固体氧化物燃料电池的电解质材料229
8.2.1氧化锆基(ZrO2)电解质230
8.2.2氧化铈基(CeO2)电解质234
8.2.3氧化铋基(Bi2O3)电解质236
8.2.4钙钛矿基(LaGaO3)电解质239
8.2.5六方磷灰石基\[M10(TO4)6O2\]电解质241
8.2.6钙铁石结构(A2B2O5)电解质244
8.2.7质子传导电解质247
8.3固体氧化物燃料电池的电极材料250
8.3.1阳极材料250
8.3.2阴极材料254
8.4连接材料和密封材料259
8.4.1连接材料259
8.4.2密封材料260
8.5固体氧化物燃料电池的结构与组成261
8.5.1管式结构SOFC262
8.5.2平板式结构SOFC263
8.6单室固体氧化物燃料电池264
8.6.1单室固体氧化物燃料电池的特点265
8.6.2单室固体氧化物燃料电池的结构与组成265
8.6.3单室固体氧化物燃料电池的工作原理265
8.6.4单室固体氧化物燃料电池的研究现状266
8.7固体氧化物燃料电池的发展现状与应用270
8.7.1固体氧化物燃料电池的发展现状270
8.7.2固体氧化物燃料电池的应用272
问题与讨论273
第9章金属半燃料电池274
9.1概述274
9.1.1金属半燃料电池的工作原理274
9.1.2金属半燃料电池的特点275
9.1.3金属半燃料电池的分类276
9.1.4金属半燃料电池的应用277
9.2金属半燃料电池阳极材料278
9.2.1锌阳极278
9.2.2铝阳极281
9.2.3镁阳极284
9.3金属半燃料电池的结构与性能287
9.3.1金属空气半燃料电池287
9.3.2金属过氧化氢半燃料电池293
9.3.3金属海水中溶解氧半燃料电池301
问题与讨论304
第10章直接碳燃料电池305
10.1直接碳燃料电池的工作原理与电池结构305
10.2直接碳燃料电池的特点306
10.3碳的直接电化学氧化反应308
10.3.1碳电化学氧化反应机理308
10.3.2碳电化学氧化产物309
10.4直接碳燃料电池的历史沿革313
10.5直接碳燃料电池的研究现状314
10.5.1以熔融碳酸盐为电解质直接碳燃料电池314
10.5.2以熔融碱金属氢氧化物为电解质的直接碳燃料电池316
10.5.3以固体氧化物为电解质的直接碳燃料电池318
10.5.4采用固体氧化物和熔融碳酸盐双重电解质的杂化型直接碳燃料电池320
10.6直接碳燃料电池的问题与展望321
问题与讨论323
第11章直接硼氢化物燃料电池324
11.1直接硼氢化物燃料电池的原理325
11.2直接硼氢化物燃料电池的阳极催化剂328
11.2.1硼氢化物的电氧化与水解328
11.2.2金属催化剂330
11.2.3储氢合金催化剂331
11.3直接硼氢化物燃料电池的阴极催化剂332
11.4直接硼氢化物燃料电池的结构333
11.5直接硼氢化物燃料电池的应用与发展现状336
11.5.1直接硼氢化物燃料电池的应用336
11.5.2直接硼氢化物燃料电池与其他直接液体燃料电池的比较337
11.5.3直接硼氢化物燃料电池的发展现状338
11.5.4直接硼氢化物燃料电池面临的问题342
问题与讨论342
第12章生物燃料电池343
12.1生物燃料电池的概述343
12.1.1生物燃料电池的工作原理343
12.1.2生物燃料电池的特点343
12.1.3生物燃料电池的分类344
12.2微生物燃料电池345
12.2.1微生物燃料电池的工作原理345
12.2.2电子的传递方式346
12.2.3产电微生物348
12.2.4微生物燃料电池的电极349
12.2.5阴极电子受体和催化剂350
12.2.6隔膜和阳极燃料351
12.2.7微生物燃料电池的结构352
12.2.8影响微生物燃料电池性能的因素353
12.3酶生物燃料电池355
12.3.1酶的类型和电子传递方式355
12.3.2酶生物燃料电池的类型355
12.4生物燃料电池的发展与应用359
12.4.1生物燃料电池的发展359
12.4.2生物燃料电池的应用前景359
问题与讨论362
第13章氢气的制备及储存363
13.1氢气的制备363
13.1.1水蒸气重整制氢363
13.1.2不接近氧化制氢365
13.1.3等离子体热裂解制氢366
13.1.4煤气化制氢367
13.1.5甲醇制氢368
13.1.6电解水制氢369
13.1.7热化学循环分解水制氢370
13.1.8光催化分解水制氢371
13.1.9生物制氢372
13.1.10氢气的提纯373
13.2氢气的储存374
13.2.1气态存储375
13.2.2液态存储376
13.2.3可逆金属氢化物存储377
13.2.4物理吸附储氢385
13.2.5化合物存储386
问题与讨论388
参考文献390