本書從繫統工程、繫統設計角度而非深奧的電化學、熱力學理論角度，結合實際案例，介紹了燃料電池的基本概念、繫統組成和繫統分類，描述了燃料電池涉及的主要基礎理論知識和關鍵技術，從工程應用角度說明了燃料電池的工作條件、堆的結構與設計、流道設計和材料要求等，提出了用於表征燃料電池關鍵性能的主要指標，論述了如何對繫統進行建模與設計。全書深入淺出而又全面透徹，並在每章末尾提出了若干引導讀者進一步思考和討論的問題。


《燃料電池設計與制造》為你提供了一本便利的參考指南，用於設計、建模和構造性能卓越的燃料電池。全書提供了120多幅有關燃料電池及其組成部件的圖表，涵蓋了燃料電池建模的各個方面，涉及從燃料類型到燃料電池工作條件等眾多內容。


本書具有以下主要特點：

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◎提供了有關新型材料與部件的便利指南

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在這本完美的有關燃料電池的參考資料中，包含了以下主要內容：燃料電池應用，燃料電池與氫經濟，燃料電池化學與熱力學基礎，燃料電池電化學，燃料電池電荷傳輸，燃料電池質量傳輸，燃料電池熱傳輸，燃料電池建模，燃料電池材料，燃料電池堆組成部件與材料，燃料電池堆設計，燃料電池繫統設計，燃料類型、傳送與處理，燃料電池工作條件，燃料電池特性描述。

氫能源是一種重要的清潔、綠色能源，必將在21世紀得到廣泛應用。燃料電池的設計與制造是利用氫能源、發展氫經濟的技術基礎與保證。本書結合實際案例，從繫統工程、繫統設計角度而非深奧的電化學、熱力學理論角度，介紹了燃料電池的基本概念、基本理論、關鍵技術、繫統組成、繫統分類，從工程應用角度說明了燃料電池的工作條件、堆結構與設計、流道設計與材料要求，提出了用於表征燃料電池關鍵性能的主要指標，論述了如何對燃料電池繫統進行建模、設計與制造。


全書內容深入淺出，分析透徹，論述清楚，圖文並茂，公式適度，適宜作為新能源、電化學、熱力學等專業高年級本科生、研究生的教材與教學參考用書，也適合燃料電池與氫能源、新能源領域工程技術人員、繫統管理人員閱讀參考。

第1章燃料電池基礎

1.0引言

環境更友好、效率更高的電源產品是當前的一個發展趨勢，這使人們對替代燃料和電源產生了巨大興趣。燃料電池是一種較早前就提出的能量轉換技術，但直到近十年纔開始廣泛研究如何將之用於商業目的。對化石燃料燃燒產生之能量的依賴造成了嚴重的空氣污染和對世界石油資源的瘋狂開采。除了對許多物種（包括人類自身）的健康造成危害之外，污染還間接導致世界氣候的變化（全球變暖）。世界人口急劇增長，對化石燃料燃燒發電的需求越來越大，全球變暖的形勢因此也變得越來越嚴峻。除了健康和環境問題之外，另一個令人擔憂的問題是世界化石燃料的儲量正急劇減少。我們的世界真的需要一種低污染物質排放、高能量效率的電源，並且面對日益增長的世界人口，要求能夠提供源源不斷的燃料。


燃料電池被認為是能實現這些目標的、有前途的技術之一。

人們還研究和開發了許多其他替代能源技術，包括太陽能、風能、水力發電、生物能源、地熱發電等。每一種替代能源都有其優點和缺點，並正處於不同的開發階段。此外，這些能源技術中的許多技術無法用於移動式或便攜式電子設備。其他的便攜式電源技術，如電池和超級電容，也不適用於移動場合、軍用場合，無法滿足未來電子設備的長期需求。對眾多應用而言，一種理想的電源方案是綜合使用氫燃料電池和太陽能發電或水力發電。相比其他燃料，氫不產生一氧化碳或任何其他污染物。當它輸入燃料電池時，的副產品是水和熱。當需要電能時，氧與氫重新結合生成水。


燃料電池可以利用一繫列燃料來產生電能，從氫、甲醇、化石燃料到源自生物材料的材料。使用化石燃料產生氫被認為是制氫的一種過渡方法，在氫基礎設施建立之前，在燃料電池中使用甲烷、甲醇或乙醇。燃料也可以來自眾多的生物材料，包括來自市政廢物、下水道淤泥、森林殘渣、垃圾站，以及農業和動物廢物產生的沼氣。


與大型電廠合作，燃料電池也有助於電力供應，使之變得更加分散，並提高效率。利用化石燃料燃燒發電的大型電廠，其產生的大多數電能通過高壓輸電線路進行遠距離傳送。由於其規模巨大，這些電廠的效率看起來很高；不過，在遠距離輸送過程中，在歐洲，7％～8％的電能損失了；在美國，10％的電能損失了。這些輸電線路的其中一個主要問題是任何時候它們都無法完全發揮作用。如果不是在若干侖大型電廠發電，而是在需要電能的地方發電，那麼對人而言，將變得更加安全。在任何需要電能的地方都可以使用燃料電池，而無需大型輸電線路。


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