篇交通運輸領域：推進機理001

Ⅰ基準和標準的定義002

1純電動汽車002

參考文獻009



2乘用車循環工況010

2.1引言010

2.2用於乘用車型式認證的循環工況010

2.3研究項目中的循環工況011

2.4循環工況的特點011

2.5所選循環工況及其圖示014

2.6結論017

參考文獻018



3氫燃料的品質019

3.1引言019

3.2氫燃料020

3.3燃料品質的影響021

3.4燃料電池汽車的燃料品質021

3.5單電池測試021

3.6現場數據022

3.7燃料質量驗證023

3.8結論024

參考文獻025



4燃料消耗026

4.1引言026

4.2制氫026

4.3氫氣包裝027

4.4燃料電池汽車的氫耗028

4.5結論029

參考文獻029



Ⅱ示範項目030

5燃料電池汽車的全球發展現狀030

5.1引言030

5.2汽車制造商的近期動向031

5.3示範項目的關鍵數據和結果032

5.4燃料電池汽車的技術數據037

5.5結論047

參考文獻048



6燃料電池汽車：中國051

6.1引言051

6.2國家研發戰略（2011～2015年）051

6.3國家政策052

6.4已發布的技術標準053

6.5案例展示054

6.6商業化：以上汽汽車為例055

6.7結論056

參考文獻056



7國家特定項目研究成果：韓國057

7.1引言057

7.2燃料電池汽車示範項目057

7.3結論061



8通用HydroGen4：基於雪佛蘭Equinox的燃料電池汽車062

8.1引言062

8.2工藝065

8.3結論070

致謝071

參考文獻071



9國家特定項目研究成果：美國072

9.1引言072

9.2燃料電池電動客車概述072

9.3SunLine先進技術燃料電池電動客車073

9.4海灣地區零排放項目075

9.5SunLine美國燃料電池客車078

9.6結論080

參考文獻080



Ⅲ質子交換膜燃料電池081

10聚合物電解質081

10.1引言081

10.2膜的特性082

10.3結論087

參考文獻087



11質子交換膜燃料電池的膜電極089

11.1引言089

11.2膜電極的基本組成089

11.3膜電極的性能、耐久性和成本指標091

11.4膜電極對外部因素的魯棒性和敏感性094

11.5技術差距095

11.6結論095

參考文獻096



12氣體擴散層098

12.1引言098

12.2多孔基片099

12.3微孔層100

12.4氣體擴散層的特性101

12.5結論102

參考文獻103



13質子交換膜燃料電池雙極板材料104

13.1引言104

13.2復合材料雙極板105

13.3金屬材料雙極板106

參考文獻108



14質子交換膜燃料電池單電池110

14.1引言110

14.2單電池的主要組件110

14.3單電池的裝配112

14.4單電池的性能測試112

14.5結論114

參考文獻114



Ⅳ氫115

15高壓氣態儲氫繫統115

15.1引言115

15.2儲氫繫統分析116

15.3儲氫繫統成本119

15.4結論119

參考文獻120



16金屬氫化物121

16.1作為儲氫介質的金屬氫化物121

16.2金屬氫化物的分類123

16.3金屬氫化物的性能128

參考文獻131



17低溫高壓復合儲氫133

17.1引言133

17.2熱力學原理134

17.3繫統設計及運行原則137

17.4驗證與安全140

17.5結論141

參考文獻142



18車載安全143

18.1引言143

18.2高壓容器燃料繫統143

18.3氫氣燃料補給要求和安全145

18.4結論147

參考文獻147



第二篇交通運輸領域：輔助動力裝置148

19輔助動力裝置用燃料149

19.1引言149

19.2柴油149

19.3噴氣燃料152

19.4其他燃料154

19.5結論158

參考文獻158



20燃料電池輔助動力裝置的應用要求/目標160

20.1引言160

20.2DOE技術目標161

參考文獻163



21燃料電池的船舶應用164

21.1引言164

21.2可能用於船舶的燃料電池繫統165

21.3燃料電池海洋應用項目166

21.4未來繫統的發展目標167

21.5結論168

參考文獻168



22輔助動力裝置用燃料的重整技術169

22.1引言169

22.2指南169

參考文獻181



23用於輔助動力裝置的PEFC繫統184

23.1引言184

23.2PEFC的重整操作184

23.3應用概念187

23.4繫統設計188

23.5繫統效率190

23.6繫統測試190

23.7結論191

參考文獻191



24高溫聚合物電解質燃料電池193

24.1引言193

24.2單電池和電池堆的操作特性194

24.3繫統層級198

參考文獻203



25應用於輔助動力裝置的固體氧化物燃料電池繫統：單電池、電池堆和電池繫統205

參考文獻211



第三篇固定領域212

26美國固定式燃料電池繫統的部署和容量趨勢213

26.1燃料電池備用繫統213

26.2燃料電池熱電聯產繫統215

參考文獻222



27特定國家報告：日本223

27.1引言223

27.2住宅燃料電池繫統銷售的開端223

27.3Ene-Farm市場的發展225

27.4Ene-Farm的技術發展225

27.5針對共管公寓的Ene-Farm銷售情況226

27.6結論226

參考文獻227



28備用電源繫統228

28.1引言228

28.2應用及功率等級229

28.3優點229

28.4燃料選擇230

28.5產品參數230

28.6經濟性231

28.7結論231

參考文獻232



29固定式燃料電池：住宅應用233

29.1引言233

29.2關鍵特征233

29.3技術性能235

29.4經濟地位和市場地位238

29.5結論240

參考文獻240



30固定式燃料電池用燃料243

30.1引言243

30.2天然氣244

30.3沼氣、填埋氣和生物甲烷246

30.4（生物）乙醇248

30.5氫氣249

參考文獻250



31固體氧化物燃料電池：單電池、電池堆及電池繫統252

31.1引言252

31.2電池結構與材料253

31.3電池設計255

31.4電池堆概念257

31.5固定應用繫統258

31.6性能和耐久性參數259

參考文獻264



第四篇物料處理266

32燃料電池叉車繫統267

32.1引言267

32.2叉車分類267

32.3水平揀選叉車的載貨分布268

32.4叉車的能源供應269

32.5繫統設置與雜化270

32.6叉車不同推進繫統的成本比較272

參考文獻274



33燃料電池叉車在美國的部署276

33.1燃料電池供電的物料搬運設備276

參考文獻282



第五篇燃料供應283

34質子交換膜水電解技術284

34.1引言284

34.2水電解與PEM水電解的文獻分析285

34.3用於PEM水電解的電催化劑285

34.4PEM水電解陽極載體287

34.5用於PEM水電解的膜287

34.6PEM電解中的電堆和繫統成本288

34.7PEM電解繫統與其競爭技術的比較289

參考文獻291



35電轉氣294

35.1引言294

35.2主要部件和工藝步驟295

35.3H2和CH4的運輸與應用299

35.4試驗工廠的發展現狀300

35.5結論301

參考文獻301



第六篇法規與標準304

36氫安全與RCS（法規、規範和標準）305

36.1引言305

36.2氫安全305

36.3國際氫法規、規範和標準（RCS）的制定308

36.4結論309

參考文獻310



附表非法定計量單位和換算繫數311

譯者前言

燃料電池是一種直接將燃料的化學能轉換為電能的電化學裝置，因其高效、清潔、供能靈活等優勢，成為國內外研究開發的熱點。得益於政府支持，燃料電池行業發展迅速，但受限於成本和使用壽命，短時間內難以大規模商業化。

本書是關於燃料電池技術的專業性論著，彙集了國際知名的燃料電池專家的科研成果，從材料、性能、安全、壽命、成本等方面對燃料電池在移動式和固定式應用領域的發展現狀進行了論述，並對相關示範、市場、法規和標準進行了綜合介紹。由於書中數據眾多，且不同國家和地區的標準不同，為避免換算引起的誤差，對於非法定計量單位，本書未做強行統一，而是將相關換算關繫附在書後，以供讀者查閱。

本書由廈門大學能源學院能源繫統工程團隊相關學者合作翻譯完成，筆者想借此機會感謝參與本書翻譯的每一位譯者，包括詹翔燕、朱興儀、張智慧、吳念遠、謝媚娜等，感謝各位譯者的辛苦付出。此外，還要感謝化學工業出版社的精心編校。沒有大家精益求精的努力與合作，這本書的中文版本不可能如此順利地與讀者見面。衷心希望本書能為燃料電池領域的相關學者及研究人員提供參考和幫助。

由於譯者的水平和實踐有限，書中不妥之處敬請廣大讀者批評指正。



趙英汝

2020年6月







前言

近十年來，燃料電池技術取得了實質性的進展。其中，在汽車行業中取得了長足、穩健的發展，燃料電池汽車也隨之投放市場。

現代汽車和豐田汽車研發了世界條燃料電池汽車專用生產線。在固定應用領域，燃料電池也開始嶄露頭角，日本還為此部署了超過10萬用戶的住宅體繫和便攜式應用的研發工作（後者主要面向細分市場和特定用戶群）。

現階段，繫統分析對燃料電池的推廣尤為關鍵。相對於現有技術，燃料電池為我們提供了一個更加清潔、高效的能量轉換解決方案。因此，從性能、壽命和成本方面對燃料電池進行一個比較分析至關重要。

本書總結了燃料電池領域的前沿研究成果，以期較為全面地展現該技術的發展現狀。本書可作為能效分析和/或燃料電池及氫能研究人員的數據參考用書。