《燃料電池系統》是2019年北京航空航天大學出版社出版的圖書。
基本介紹
- 中文名：燃料電池系統
- 出版時間：2019年
- 出版社：北京航空航天大學出版社
- ISBN：9787811248968
內容簡介,圖書目錄,
內容簡介
本書論述了燃料電池的基本原理、結構、性能、關鍵材料、發展現狀以及在軍事、航天航空、民用等領域的套用。全書共13章，內容包括燃料電池概述、燃料電池熱力學和動力學、質子交換膜燃料電池、直接甲醇燃料電池、鹼性燃料電池、磷酸燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、固體氧化物燃料電池、金屬半燃料電池、直接碳燃料電池、直接硼氫化物燃料電池、生物燃料電池和氫燃料的製備及儲存。
本書內容全面系統，概念清楚、文字簡練、圖文並茂，可作為高等院校相關專業的高年級本科生和研究生的教材或教學參考書，也可供從事燃料電池研發的科技工作者參閱。
圖書目錄
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 燃料電池系統16
1.3.1 燃料電池堆16
1.3.2 熱管理系統18
1.3.3 電力調節和轉換系統18
1.3.4 控制系統19
1.4 燃料電池的套用20
1.4.1 固定發電站21
1.4.2 運輸工具動力25
1.4.3 攜帶型電源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係38
2.1.3 電池電動勢與壓力的關係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 燃料電池系統的實際效率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 催化劑的製備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、組成和製備方法68
3.6.2 擴散層68
3.6.3 催化層的製備72
3.7 質子交換膜77
3.7.1 質子交換膜的功能77
3.7.2 Nafion膜的性能78
3.7.3 Nafion膜的問題80
3.7.4 Nafion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 電池組系統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
3.10 PEMFC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 鹼性燃料電池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 電極結構及製備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 研發和套用概況174
5.6.1 空間套用領域174
5.6.2 地面套用領域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 電池系統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 隔膜材料的製備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套用與發展現狀221
7.6.1 熔融碳酸鹽燃料電池的套用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 連線材料和密封材料259
8.4.1 連線材料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套用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套用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 金屬半燃料電池的套用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 以熔融鹼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 採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套用與發展現狀336
11.5.1 直接硼氫化物燃料電池的套用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套用359
12.4.1 生物燃料電池的發展359
12.4.2 生物燃料電池的套用前景359
問題與討論362
第13章 氫氣的製備及儲存363
13.1 氫氣的製備363
13.1.1 水蒸氣重整制氫363
13.1.2 不完全氧化制氫365
13.1.3 電漿熱裂解制氫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
