原書第1版前言和致謝

多年前就已萌生出版本書的想法。根據多年來從事工程師、研究人員、科學家以及公司主管的工作經歷，本人做了大量有關燃料電池技術、發展和前景的報告。在此過程中，非常享受演示文稿的準備工作，並構思自身的想法和觀點以及用事實和圖片來支持。與此同時總是以一個觀眾的身份來考慮，我對自己的演講報告量身定制，以適合觀眾並使其簡單易懂。本書正是大量演講報告的結晶。在此，非常樂意分享有關這項嶄新且令人興奮的技術，並且尤為珍重地將這項新技術傳授給和我一起工作過的下一代年輕工程師以及有幸指導和教授的學生們，畢竟他們將是實現這項技術並從中受益的那群人。本人在Energy Partners（能源伙伴）公司工作了9年，這是一家位於佛羅裡達州西棕櫚海灘的小型私人公司。在此有著一段奇妙的教育經歷：“工程師的沙箱”，並不是從書本上學習（當時也沒有燃料電池方面的書籍），而是直接從燃料電池本身學習。我們從燃料電池開始著手，這是一個1ft3
的“魔術盒”，有時似乎其具有自己的想法。我的工作就是讓這個盒子按照所期望的來工作。為此，不得不學習有關燃料電池的所有知識：理論、件、設計、工作原理、診斷、配套繫統等，這些都是在學校時沒有機會去學習的。當然，並不能靠我一個人來獨自完成，我喜歡將自己學到的知識與年輕同事們一起分享並喜歡與他們一起學習。很快我們就研制成功了世界上首臺以PEM燃料電池為動力的電動客車，緊接著是一輛加長的高爾夫貨用（客用）運輸車和一些多用途車輛（John Deere Gators）。每一臺新的車輛都是上一臺車輛的飛躍和提升，並且在此過程中積累了大量專業知識。但遺憾的是，在我們期望能夠開始盈利時，燃料電池技術卻尚未達到相應的能力。不過在那時，我非常感激小John HPerry先生——能源伙伴公司的老板，是他讓我獲得了如此之多的樂趣並學到了很多東西。在我的職業生涯中，有幸與許多傑出的工程師和科學家一起工作學習，借此機會對他們表示衷心感謝： TNejat Veziroglu教授，邁阿密大學教授，現為聯合國工業發展組織國際氫能源科技中心主任。在氫經濟理論還像是科幻小說時，他鼓勵我堅持氫經濟理念，並且多年來一直都是我的導師。 已故的小Harold JPlass教授，曾任邁阿密大學教授，指導我簡化工程分析。 已故的Howard TOdum教授，曾任佛羅裡達州立大學蓋恩斯維爾分校教授，感謝他極具深度和清晰度的視野。 Floyd Marken，時任能源伙伴公司的總工程師，感謝他的智慧和工程常識。 Mario Nadal博士，時任能源伙伴公司的首席電氣工程師，感謝與他無數次的午餐討論，他總是能夠輕松應對燃料電池繫統電氣方面的問題，從而讓我不必考慮燃料電池工程的電氣方面。 Hongtan Liu博士，邁阿密大學教授，我學生時代的同事和朋友，感謝他與我一起工作，並在計算流體力學（CFD）技術應用於燃料電池建模中所做出的開創性工作。 Vince Petraglia，時任能源伙伴公司副總裁，感謝他分享的燃料電池經驗和智慧，概括成一句話：“燃料電池對每一種顏色的變化都非常敏感”。 George Joy博士，時任能源伙伴公司總裁，感謝他信任我並讓我加入到公司的管理團隊中。 Trent Molter，質子能源繫統的創始人之一，現在是我在康涅狄格州全球燃料電池中心的同事，感謝他為我提供來到康涅狄格州加入工程師團隊的機會，以及提供早期燃料電池相關的寶貴信息。另外，還要特別感謝為本書做出直接貢獻的朋友： Wilson Chiu博士，康涅狄格州大學助理教授，負責編寫了第7章“燃料電池建模”中的大部分內容。 Niloufar Fekrazad，康涅狄格州大學研究生，也參與了“燃料電池建模”章的編寫。 Xinting Wang 和Richard Fu ，康涅狄格州大學研究生，積極為我提供需要的各種數據。 Haluk Grgün 博士，康涅狄格州全球燃料電池中心博士後研究員，在我忙於完成本書時熱情提供實驗室，並負責編寫了94節“電氣子繫統”。 Ana Barbir，我的女兒，也是一名工程師。對我寫作過程中不同階段的大部分手稿進行了校對，糾正英語語法，並就如何改進提出了許多有益的建議。如果不感謝我的妻子Georgia的話，致謝將不完整。作為我30多年來的生活伴侶，在我撰寫本書時照顧了我生活中的方方面面。如果沒有她不斷地鼓勵和支持，本書將不會面世。在此謹以本書獻給她。
Frano Barbir康涅狄格大學，斯多斯，康涅狄格州

今天化石燃料的使用滿足了世界80%的能源需求，但是持續使用化石燃料存在兩個嚴重的問題。個問題是它們的數量有限且遲早會枯竭。根據石油公司的預測，便於利用的化石燃料——石油和天然氣的產量，將在2015~2020年達到，且以後產量開始減少。這意味著在2015年前後，液態燃料的需求和產量之間將開始存在缺口。第二個問題是化石燃料正在引起嚴重的環境問題，例如全球變暖、氣候變化、冰川融化、海平面升高、酸雨、臭氧層空洞、石油洩漏以及因地表采煤而破壞的森林和農田等。據估計，每年全球環境破壞的損失累計約5。早在20世紀70年代，人們就提出以氫能源繫統作為解決以上兩個彼此聯繫的全球性問題的方案。從那時起，在20世紀後1/4的時間裡，通過全世界高校和研究實驗室開展的研究和研發工作，建立起了氫能源繫統的基礎。21世紀的早期，向氫經濟的轉變開始了。氫是具有許多獨一無二特性的優質能源。氫是輕、效、潔淨的燃料。氫獨有的特性之一是在燃料電池裡，通過電化學過程將氫轉換為電的效率比化石燃料在內燃機裡轉換為機械能或者在熱電廠裡轉換為電能的效率高。氫的這一獨有特性已使汽車廠家選擇將氫燃料電池作為車用動力源，它還會使電力公司選擇將燃料電池作為未來的電廠。氫燃料電池高效率的原因是它們是電化學發動機，而不是熱力發動機，並且就其本身而言，它們不受卡諾循環的限制。因此，隨著氫取代化石燃料，預計在21世紀燃料電池有望能取代熱力發動機（內燃機、蒸汽輪機和燃氣輪機）。已經開始且目前正致力於開展以下幾種類型燃料電池的研究，例如堿性燃料電池、質子交換膜（PEM）燃料電池、磷酸型燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、固態氧化物燃料電池等。上述技術之中的一些已經商業化，而其他技術則與商業密切相關。人們期望在幾乎每一個利用能源的工廠和/或設備裡找到它們的用武之地，從發電廠到汽車和家居，從便攜式計算機到移動電話。PEM燃料電池尤其具有令人滿意的特性。PEM燃料電池可在相對低溫下工作，這一點使其易於儲存並且降低了熱損耗。PEM燃料電池體積小而且重量輕，這使它非常適合於汽車和便攜性方面的應用。這就是為什麼在今天的市場上所有產自主流廠商的氫燃料公共汽車和小轎車以PEM燃料電池為動力的原因，以及大約90% 的燃料電池研究和開發工作涉及PEM燃料電池的原因。因此，致力於能源工程當今和未來研究的工程師們應該全面通曉PEM燃料電池，就像過去的能源工程師們不得不對熱機具有一個全面的了解一樣。本書作者，Frano Barbir博士，在取得氫能源方向的博士學位後，開始持續密切地參與到了燃料電池公司PEM燃料電池的研究和發展工作中。同時，他也注意到了在燃料電池技術方面工程師教育的必要，因此，他已經在兩個大學裡開設並講授了燃料電池方面本科高年級和研究生水平的課程。因而，他非常適合撰寫一本在燃料電池方面具有權威性的書。本書從PEM燃料電池的基礎開始，然後涵蓋材料、工作、建模、設計以及應用等內容，是一部書寫流暢、全面且編排合理的研究PEM燃料電池的書籍。因此，我向所有那些正在研究能源轉化和能源應用的高年級本科生和研究生水平的工科學生鄭重推薦這本關於PEM燃料電池的書籍，無論他們是否是機械、電子、化學、工業、環境或能源工程師。本書也將很好地服務於涉及能源再生、車輛自動發電以及便攜繫統能源裝置的工程師和研究人員。TNejat Veziroglu 博士聯合國工業發展組織國際氫能源科技中心主任伊斯坦布爾，土耳其，2005年2月

本書由燃料電池領域著名學者Frano Barbir教授著。Barbir教授長期從事質子交換膜（PEM）燃料電池及氫能源繫統的研究，發表、出版了大量學術論文和著作。本書第1版於2005年出版，歷經7年積澱與完善，反映了PEM燃料電池領域的發展，並對全書內容進行了進一步的精煉和升華。燃料電池是一種新型的能源利用方式，具有廣闊的發展潛力和應用前景。國內外的眾多政府部門、科研機構、公司和大學都針對燃料電池進行了深入研究。燃料電池技術經過多年來的發展，也慢慢走向成熟。燃料電池的種類很多，但其中PEM燃料電池因其特有的功率高、結構簡單、操作簡便等優點成為了適應性廣的燃料電池之一。PEM燃料電池制成的電源潔淨且綠色環保，是目前公認的電動汽車和固定式發電站的能源之一。全書以PEM燃料電池為主線，將豐富的內容融彙一體，既涵蓋PEM燃料電池的基本理論和基本方法，又對PEM燃料電池的前沿和關鍵問題進行了剖析。書中內容編排合理，從燃料電池的化學和熱動力學基礎講起，由淺及深，詳細分析了包括電池的主要部件、材料特性和過程，工作條件，模型建立，電池組及繫統設計以及應用等諸多環節。全書語言流暢、表述清晰，除了可作為相關專業的本科高年級學生或研究生的學習教材外，對於相關領域的研究和工程技術人員也具有十分重要的指導意義和參考價值。此外針對燃料電池的故障診斷及耐久性這一熱點研究問題，作者還特別邀請了知名專家和學者——Haijiang Wang和Michael Perry博士分別撰寫了其中的內容。全書內容共計12章，其中第1~3章由李東紅翻譯、第4章和第5章由黃慶彩翻譯，第6~10章由連曉峰翻譯，第11章由黃慶雲、丁曉明翻譯，第12章由黃慶生、蔡東山翻譯。另外，李紅岩、崔建忠、李紅霞、韓傑、侯建斌、李紅麗、武世哲、王宇龍、王佩榮、王偉、張雲、毋鼕、張曉偉、潘峰、金成學、郭柯和潘媛等人也參與部分翻譯工作。全書後由連曉峰審校和統稿。鋻於譯者的知識和水平有限，書中的紕漏在所難免，懇請專家和讀者不吝指正。
譯者20151011