●第1章燃料電池概述1
1.1燃料電池的歷史回顧1
1.1.1燃料電池的定義1
1.1.2燃料電池的誕生及發展歷程簡介2
1.2燃料電池基礎6
1.2.1燃料電池的工作原理6
1.2.2燃料電池的特點8
1.2.3燃料電池的種類9
1.3燃料電池繫統16
1.3.1燃料電池堆16
1.3.2熱管理繫統18
1.3.3電力調節和轉換繫統18
1.3.4控制繫統19
1.4燃料電池的應用20
1.4.1固定發電站21
1.4.2運輸工具動力25
1.4.3便攜式電源29
1.5能源、環境與燃料電池31
1.5.1能源的概況31
1.5.2化石能源的短缺和環境污染問題32
1.5.3氫能與燃料電池33
問題與討論34
第2章燃料電池的熱力學和動力學35
2.1燃料電池的熱力學35
2.1.1理論效率的計算35
2.1.2電池電動勢與溫度的關繫38
2.1.3電池電動勢與壓力的關繫39
2.2電極過程動力學41
2.2.1極化與過電勢42
2.2.2活化過電勢43
2.2.3濃差過電勢46
2.2.4歐姆過電勢48
2.2.5燃料電池的極化曲線48
2.3燃料電池效率50
2.3.1燃料電池的實際效率50
2.3.2燃料電池繫統的實際效率51
問題與討論52
第3章質子交換膜燃料電池54
3.1發展簡史54
3.2工作原理59
3.3特點61
3.4膜電極組件61
3.5電極催化劑62
3.5.1對催化劑的要求62
3.5.2催化劑的選擇63
3.5.3催化劑的制備65
3.5.4催化劑的結構和表征67
3.6電極的結構68
3.6.1電極的種類、組成和制備方法68
3.6.2擴散層68
3.6.3催化層的制備72
3.7質子交換膜77
3.7.1質子交換膜的功能77
3.7.2Nafion膜的性能78
3.7.3Nafion膜的問題80
3.7.4Nafion膜的改進80
3.8雙極板和流場84
3.8.1雙極板的功能和要求85
3.8.2雙極板的材料86
3.8.3流場98
3.9電池組繫統100
3.9.1氫源100
3.9.2氧源101
3.9.3電池組的水管理101
3.9.4電池組的熱管理102
3.10PEMFC商業化的問題103
問題與討論104
第4章直接醇類燃料電池106
4.1直接醇類燃料電池的基本概念106
4.1.1工作原理106
4.1.2基本結構107
4.1.3優點110
4.2直接甲醇燃料電池的研發概況111
4.2.1受到重視的原因111
4.2.2發展概況111
4.3直接甲醇燃料電池性能的改進114
4.3.1陽極催化劑性能的改進114
4.3.2陰極催化劑性能的改進127
4.3.3質子交換膜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直接甲酸燃料電池142
4.4.3直接乙醇燃料電池144
4.5直接醇類燃料電池的商業化前景147
問題與討論148
第5章堿性燃料電池149
5.1工作原理149
5.2優缺點151
5.2.1優點151
5.2.2缺點152
5.3基本結構152
5.3.1燃料和氧化劑152
5.3.2電極153
5.3.3催化劑中毒的原因及預防辦法163
5.3.4電極結構及制備165
5.4電解質168
5.4.1電解質材料168
5.4.2電解質使用方法168
5.5工作條件172
5.5.1工作壓力172
5.5.2工作溫度172
5.5.3氧化劑的影響173
5.5.4排水173
5.5.5排熱174
5.5.6電池壽命174
5.6研發和應用概況174
5.6.1空間應用領域174
5.6.2地面應用領域175
問題與討論177
第6章磷酸燃料電池178
6.1工作原理178
6.2基本結構180
6.2.1電池繫統180
6.2.2單體電池181
6.3工作條件對其性能的影響191
6.3.1工作溫度的影響191
6.3.2反應氣壓力的影響193
6.3.3燃料氣中雜質的影響194
6.3.4影響壽命的因素及改進方法198
6.4發展概況199
6.4.1發展原因199
6.4.2磷酸燃料電池電站的發展概況199
6.4.3電動車用磷酸燃料電池的發展概況200
6.5商業化的展望200
6.5.1降低成本200
6.5.2提高使用壽命202
6.5.3縮短啟動時間202
6.5.4提高催化劑性能202
問題與討論203
第7章熔融碳酸鹽燃料電池204
7.1熔融碳酸鹽燃料電池的工作原理205
7.2熔融碳酸鹽燃料電池的隔膜材料206
7.2.1隔膜材料的性能206
7.2.2隔膜材料的制備208
7.2.3熔融碳酸鹽燃料電池的電解質208
7.3熔融碳酸鹽燃料電池的電極材料209
7.3.1陽極材料209
7.3.2陰極材料210
7.4熔融碳酸鹽燃料電池的結構212
7.5操作條件對熔融碳酸鹽燃料電池性能的影響215
7.5.1壓力的影響216
7.5.2溫度的影響216
7.5.3反應氣體組成及利用率對電池性能的影響218
7.5.4燃料中雜質的影響219
7.5.5電流密度和運行時間的影響220
7.6熔融碳酸鹽燃料電池的應用與發展現狀221
7.6.1熔融碳酸鹽燃料電池的應用221
7.6.2熔融碳酸鹽燃料電池的發展現狀221
7.6.3熔融碳酸鹽燃料電池商業化的障礙224
問題與討論224
第8章固體氧化物燃料電池225
8.1固體氧化物燃料電池的工作原理226
8.2固體氧化物燃料電池的電解質材料229
8.2.1氧化鋯基(ZrO2)電解質230
8.2.2氧化鈰基(CeO2)電解質234
8.2.3氧化鉍基(Bi2O3)電解質236
8.2.4鈣鈦礦基(LaGaO3)電解質239
8.2.5六方磷灰石基\\[M10(TO4)6O2\\]電解質241
8.2.6鈣鐵石結構(A2B2O5)電解質244
8.2.7質子傳導電解質247
8.3固體氧化物燃料電池的電極材料250
8.3.1陽極材料250
8.3.2陰極材料254
8.4連接材料和密封材料259
8.4.1連接材料259
8.4.2密封材料260
8.5固體氧化物燃料電池的結構與組成261
8.5.1管式結構SOFC262
8.5.2平板式結構SOFC263
8.6單室固體氧化物燃料電池264
8.6.1單室固體氧化物燃料電池的特點265
8.6.2單室固體氧化物燃料電池的結構與組成265
8.6.3單室固體氧化物燃料電池的工作原理265
8.6.4單室固體氧化物燃料電池的研究現狀266
8.7固體氧化物燃料電池的發展現狀與應用270
8.7.1固體氧化物燃料電池的發展現狀270
8.7.2固體氧化物燃料電池的應用272
問題與討論273
第9章金屬半燃料電池274
9.1概述274
9.1.1金屬半燃料電池的工作原理274
9.1.2金屬半燃料電池的特點275
9.1.3金屬半燃料電池的分類276
9.1.4金屬半燃料電池的應用277
9.2金屬半燃料電池陽極材料278
9.2.1鋅陽極278
9.2.2鋁陽極281
9.2.3鎂陽極284
9.3金屬半燃料電池的結構與性能287
9.3.1金屬空氣半燃料電池287
9.3.2金屬過氧化氫半燃料電池293
9.3.3金屬海水中溶解氧半燃料電池301
問題與討論304
第10章直接碳燃料電池305
10.1直接碳燃料電池的工作原理與電池結構305
10.2直接碳燃料電池的特點306
10.3碳的直接電化學氧化反應308
10.3.1碳電化學氧化反應機理308
10.3.2碳電化學氧化產物309
10.4直接碳燃料電池的歷史沿革313
10.5直接碳燃料電池的研究現狀314
10.5.1以熔融碳酸鹽為電解質直接碳燃料電池314
10.5.2以熔融堿金屬氫氧化物為電解質的直接碳燃料電池316
10.5.3以固體氧化物為電解質的直接碳燃料電池318
10.5.4采用固體氧化物和熔融碳酸鹽雙重電解質的雜化型直接碳燃料電池320
10.6直接碳燃料電池的問題與展望321
問題與討論323
第11章直接硼氫化物燃料電池324
11.1直接硼氫化物燃料電池的原理325
11.2直接硼氫化物燃料電池的陽極催化劑328
11.2.1硼氫化物的電氧化與水解328
11.2.2金屬催化劑330
11.2.3儲氫合金催化劑331
11.3直接硼氫化物燃料電池的陰極催化劑332
11.4直接硼氫化物燃料電池的結構333
11.5直接硼氫化物燃料電池的應用與發展現狀336
11.5.1直接硼氫化物燃料電池的應用336
11.5.2直接硼氫化物燃料電池與其他直接液體燃料電池的比較337
11.5.3直接硼氫化物燃料電池的發展現狀338
11.5.4直接硼氫化物燃料電池面臨的問題342
問題與討論342
第12章生物燃料電池343
12.1生物燃料電池的概述343
12.1.1生物燃料電池的工作原理343
12.1.2生物燃料電池的特點343
12.1.3生物燃料電池的分類344
12.2微生物燃料電池345
12.2.1微生物燃料電池的工作原理345
12.2.2電子的傳遞方式346
12.2.3產電微生物348
12.2.4微生物燃料電池的電極349
12.2.5陰極電子受體和催化劑350
12.2.6隔膜和陽極燃料351
12.2.7微生物燃料電池的結構352
12.2.8影響微生物燃料電池性能的因素353
12.3酶生物燃料電池355
12.3.1酶的類型和電子傳遞方式355
12.3.2酶生物燃料電池的類型355
12.4生物燃料電池的發展與應用359
12.4.1生物燃料電池的發展359
12.4.2生物燃料電池的應用前景359
問題與討論362
第13章氫氣的制備及儲存363
13.1氫氣的制備363
13.1.1水蒸氣重整制氫363
13.1.2不接近氧化制氫365
13.1.3等離子體熱裂解制氫366
13.1.4煤氣化制氫367
13.1.5甲醇制氫368
13.1.6電解水制氫369
13.1.7熱化學循環分解水制氫370
13.1.8光催化分解水制氫371
13.1.9生物制氫372
13.1.10氫氣的提純373
13.2氫氣的儲存374
13.2.1氣態存儲375
13.2.2液態存儲376
13.2.3可逆金屬氫化物存儲377
13.2.4物理吸附儲氫385
13.2.5化合物存儲386
問題與討論388
參考文獻390
