质子交换膜燃料电池关键材料与技术 聚焦质子交换膜燃料电池基础知识 质子交换膜燃料电池基本原理结构性能 材料发展现状应用书

书内容集中于交通运输用的质子交换膜燃料电池，深入、细致分析了各个关键材料的原理、发展情况和应用情况，是对现在质子交换膜燃料电池研究和应用较新、全面的综述。

《质子交换膜燃料电池关键材料与技术》论述了质子交换膜燃料电池的基本原理、结构、性能、关键材料、发展现状以及在交通运输领域的应用。本书共分7章，内容包括质子交换膜燃料电池的发展史、工作原理、组成及特点；系统介绍了质子交换膜燃料电池的质子交换膜、催化剂、膜电极工艺、双极板与流场、空气压缩机和氢循环泵、低温启动技术；综述了质子交换膜燃料电池相关材料与技术的最新科研进展；总结了质子交换膜燃料电池的产业化进展；指出了质子交换膜燃料电池科学研究和产业化发展的方向。
本书内容力求全面,可供质子交换膜燃料电池研究和应用领域的工程技术人员、研究生、教学人员以及管理人员阅读参考，也可供对质子交换膜燃料电池发展与应用感兴趣的读者阅读。

刘建国，南京大学，教授，师从衣宝廉院士，从事燃料电池关键材料与部件的研究与产业化开发二十余年，重点研究低铂和非贵金属电催化剂、高性能燃料电池膜电极以及长寿命低成本燃料电池系统、燃料电池检测技术等方面。累计发表SCI论文90余篇，引用超过3500次，H因子为33，其中有4篇被ESI评为该领域的高引用论文（Highly Cited Paper）。共申请60余项发明专利，其中11项发明专利获授权。主持国家重点研发计划课题1项，国家“863”重大专项子课题1项，国家自然科学基金重大仪器专项1项，面上基金2项，青年基金1项。

第1章质子交换膜燃料电池简介001
1.1燃料电池发展史001
1.2燃料电池的分类006
1.2.1质子交换膜燃料电池007
1.2.2碱性燃料电池008
1.2.3熔融碳酸盐燃料电池009
1.2.4固体氧化物燃料电池010
1.2.5直接甲醇燃料电池010
1.3质子交换膜燃料电池的基本原理011
1.4质子交换膜燃料电池的组成013
1.4.1催化剂材料013
1.4.2电解质膜014
1.4.3气体扩散层016
1.4.4双极板017
1.4.5空气压缩机018
1.5质子交换膜燃料电池的实际应用018
1.5.1燃料电池汽车018
1.5.2燃料电池轨道交通021
1.5.3燃料电池轮船动力023
参考文献026

第2章催化剂材料及电催化机理研究进展027
2.1电极反应027
2.1.1阳极反应027
2.1.2阴极反应028
2.2ORR电催化机理028
2.2.1Pt表面的ORR反应机理029
2.2.2非贵金属电催化剂的ORR反应机理030
2.3电催化剂的评价方法032
2.3.1三电极体系032
2.3.2单电池035
2.3.3催化剂研究目标037
2.4铂黑催化剂038
2.4.1制备方法038
2.4.2晶面的影响039
2.4.3形貌的影响041
2.5Pt/C催化剂043
2.5.1粒径大小043
2.5.2降解机制044
2.5.3载体045
2.6Pt-M合金催化剂048
2.6.1二元合金催化剂049
2.6.2多元合金催化剂051
2.7核壳结构电催化剂052
2.7.1制备方法052
2.7.2铂壳层层数054
2.7.3铂单原子层电催化剂055
2.8Pt单原子催化剂057
2.8.1制备方法057
2.8.2展望059
2.9非贵金属催化剂059
2.9.1活性位060
2.9.2M-N-C电催化剂064
2.9.3Metal-Free电催化剂072
2.9.4单电池性能073
2.10展望076
参考文献077

第3章质子交换膜084
3.1概况及要求084
3.2全氟磺酸质子交换膜086
3.3部分氟化质子交换膜089
3.4非氟化质子交换膜090
3.4.1聚苯并咪唑090
3.4.2聚酰亚胺091
3.4.3聚芳醚类聚合物092
3.4.4其他非氟聚合物093
3.5复合质子交换膜094
3.5.1PTFE增强型质子交换膜095
3.5.2基于全氟磺酸树脂的有机-无机复合膜096
3.5.3基于其他树脂的有机-无机复合膜098
3.5.4其他复合型质子交换膜100
参考文献101

第4章膜电极106
4.1概况及要求106
4.1.1膜电极组成及功能106
4.1.2膜电极组件材料概况107
4.1.3膜电极要求108
4.1.4总结110
4.2热压法制备膜电极110
4.2.1热压法制备膜电极简介110
4.2.2热压法制备膜电极研究进展111
4.2.3热压法制备典型过程114
4.2.4热压法总结115
4.3CCM法制备膜电极116
4.3.1CCM法简介116
4.3.2CCM法膜电极研究进展116
4.3.3CCM制备方法120
4.3.4CCM法总结125
4.4有序化膜电极126
4.4.1有序化膜电极简介126
4.4.2有序化膜电极类型126
4.4.3有序化膜电极总结128
4.5气体扩散层129
4.5.1气体扩散层简介129
4.5.2气体扩散层研究进展129
4.5.3气体扩散层总结138
4.6膜电极寿命139
4.6.1简介139
4.6.2质子交换膜失效140
4.6.3催化剂层失效142
4.6.4气体扩散层失效143
4.6.5膜电极寿命总结和展望144
参考文献145

第5章双极板155
5.1概况及要求155
5.1.1双极板的结构与功能156
5.1.2双极板的性能要求157
5.2石墨双极板159
5.3金属双极板161
5.3.1发展现状161
5.3.2常用材料163
5.3.3制造工艺165
5.3.4表面处理技术170
5.3.5焊接工艺173
5.4复合双极板173
5.4.1碳/碳复合板174
5.4.2热固性复合板175
5.4.3热塑性复合板176
5.5流场180
5.5.1流场类型180
5.5.2阴阳极流体流动方式183
5.5.3极板的区块183
5.6新技术及发展趋势186
5.6.1新材料186
5.6.2新制造工艺188
5.6.3不同材料和工艺的竞争188
5.6.4实验室规模到量产规模的放大189
5.7总结189
参考文献191

第6章空压机、增湿器和氢循环泵197
6.1空压机197
6.1.1概述197
6.1.2燃料电池对空压机的特殊要求198
6.1.3空压机关键性能指标198
6.1.4燃料电池空压机主要类型及其特性202
6.2增湿器209
6.2.1概述209
6.2.2外部增湿210
6.2.3内增湿213
6.3氢循环泵215
6.3.1概述215
6.3.2氢循环泵的需求特性217
6.3.3氢循环泵的开发需求特性217
6.3.4引射器218
参考文献220

第7章PEMFC低温环境应用技术222
7.1概述222
7.2PEMFC低温环境应用的技术挑战222
7.2.1PEMFC低温环境应用技术的研究意义223
7.2.2车用PEMFC低温环境应用的技术要求224
7.3PEMFC低温环境应用的衰减机理及对策225
7.3.1PEMFC低温环境应用的核心问题及解决方向226
7.3.2PEMFC低温环境应用的衰减研究227
7.4PEMFC低温环境的应用策略232
7.4.1低温环境的停车策略232
7.4.2低温环境的启动策略232
7.4.3低温启动技术专利发展及分布情况233
7.4.4典型车企的技术现状236
参考文献237

索引238

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