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目录1

第1章　燃料电池简介1

1.1　燃料电池的历史2

1.1.1　燃料电池开发史2

1.1.2　燃料电池现代史5

1.2　燃料电池概述6

1.2.1　燃料电池的发电原理6

1.2.2　燃料电池的特点7

1.2.3　燃料电池的种类9

1.3　燃料电池的关键材料与组件13

1.3.1　触媒与多孔气体扩散电极14

1.3.2　电解质隔膜16

1.3.3　双极板17

1.4　燃料电池堆18

1.5　燃料电池系统20

1.6　燃料电池的发展与应用21

1.6.1　静置型发电站22

1.6.2　车辆动力26

1.6.3　便携式电子产品小电源29

1.6.4　其他应用30

1.7　可持续发展与氢能经济31

1.7.1 能源概念31

1.7.2　能源变迁32

1.7.3　氢能经济35

1.8　燃料电池与再生能源37

1.8.1　太阳能与燃料电池39

1.8.2　温室气体与燃料电池41

1.8.3　再生式燃料电池42

1.8.4　生物能与燃料电池44

问题与讨论45

第2章　燃料电池的效率47

2.1　电极热力学48

2.1.1 自由能与理想电位48

2.1.2　电池电势与温度的关系50

2 1.3　电池电势与压力的关系52

2.2　电极反应动力学55

2.2.1 巴特勒-沃尔默方程式56

2.2.2　极化59

2.2.3　活化过电势60

2.2.4　浓度过电势64

2.2.5　欧姆过电势67

2.2.6　极化曲线67

2.3　效率69

2.3.1　燃料电池理想效率69

2.3.2　燃料电池实际效率71

2.3.3　燃料电池系统效率72

问题与讨论73

第3章　磷酸燃料电池（PAFC）77

3.1　磷酸燃料电池的原理与简介78

3.2　磷酸燃料电池的组件、结构与系统79

3.2.1　电解质与载体79

3.2.2　电极79

3.2.3　双极板81

3.2.4　电池堆与系统81

3.3　磷酸燃料电池的性能分析83

3.3.1　压力效应83

3.3.2　温度效应84

3.3.3　反应气体组成与利用率效应85

3.3.4　杂质效应87

3.4　磷酸燃料电池的应用与发展现况90

问题与讨论93

第4章　质子交换膜燃料电池（PEMFC）95

4.1　质子交换膜燃料电池的原理与特点96

4.2　质子交换膜燃料电池的关键组件96

4.2.1　质子交换膜96

4.2.2　触媒与电催化反应100

4.2.3　电极103

4.2.4　膜电极组106

4.2.5　双极板与流场107

4.3　质子交换膜燃料电池的性能分析110

4.3.1　质子交换膜燃料电池性能的实验测试110

4.3.2　质子交换膜燃料电池性能的数学模型分析113

4.4 电池堆技术114

4.4.1 电池堆的密封技术114

4.4.2　电池堆的水管理与增湿技术115

4.4.3　电池堆的散热技术118

4.5.1 电动汽车（乘客车）119

4.5　质子交换膜燃料电池的发展119

4.5.2　燃料电池电动摩托车129

4.5.3　质子交换膜燃料电池发电机132

4.6　质子交换膜燃料电池商品化所面临的挑战132

4.6.1　成本问题133

4.6.2　燃料供应与基础设施问题134

问题与讨论141

第5章　熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）143

5.1　熔融碳酸盐燃料电池的工作原理144

5.2　熔融碳酸盐燃料电池的组件与结构147

5.2.1 电解质载体隔膜147

5.2.2　阳极148

5.2.3　阴极149

5.2.4　电解质管理150

5.2.5　双极板与电池堆结构153

5.3　熔融碳酸盐燃料电池的性能分析154

5.3.1　压力效应154

5.3.2　温度效应157

5 3.3　反应气体的组成与利用率效应158

5.3.4　杂质效应161

5.3.5　燃料利用率与内重整反应164

5.4　熔融碳酸盐燃料电池的发展现况165

问题与讨论172

第6章　固态氧化物燃料电池（SOFC）173

6.1 固态氧化物燃料电池的原理与特点174

6.2　固态氧化物燃料电池的组件与材料177

6.2.1 电解质177

6.2.3　双极连接板与密封材料179

6.2.2　触媒与电极179

6.3 电池堆结构180

6.3.1　管式固态氧化物燃料电池181

6.3.2　平板式固态氧化物燃料电池184

6.4　固态氧化物燃料电池的性能分析190

6.4.1　压力效应190

6.4.2　温度效应191

6.4.3　反应气体的组成与利用率效应192

6.4.4　杂质效应195

6.5　固态氧化物燃料电池的发展现况196

问题与讨论203

第7章　碱性燃料电池（AFC）205

7.1　碱性燃料电池的原理206

7.2　碱性燃料电池的关键组件207

7.2.1　触媒与电极结构207

7.2.2　电解质载体隔膜209

7.2.3　双极板与流场209

7.2.4　电池堆结构209

7.2.5　电解质的管理210

7.3　碱性燃料电池的开发应用212

7.3.1　培根型碱性燃料电池的开发213

7.3.2　阿波罗宇宙飞船用碱性燃料电池214

7.3.3　航天飞机用碱性燃料电池215

问题与讨论218

第8章　直接甲醇燃料电池（DMFC）219

8.1　直接甲醇燃料电池的工作原理220

8.1.1　电极反应方程式220

8 1.2　甲醇电催化氧化机制221

8.2　直接甲醇燃料电池的性能分析223

8.2.1 甲醇电催化触媒的设计223

8.2.2　工作条件与进料方式227

8.2.3　膜电极组的结构228

8.2.4　电解质膜的特性230

8.3　直接甲醇燃料电池的发展现况231

问题与讨论236

第9章　燃料电池的计算实例237

9.1 电池可逆电势的计算238

9.2　温度效应对氢氧燃料电池理想电势的影响238

9.3　氢氧燃料电池工作电压与效率的关系239

9.4　可逆电势与焓变、熵变，以及比容的关系239

9.5　氢氧燃料电池电流产生量与氢气流量的关系240

9.6　燃料电池发电容量与燃料流量的关系241

9.7　燃料电池反应生成物组成的计算243

9.8　熔融碳酸盐燃料电池反应物与生成物成分的计算245

9.9　水气转移平衡反应对燃料组成的影响246

附录249

附录A：燃料电池常用单位转换因子250

附录B：燃料电池常用物理常数252

附录C：燃料电池网络资源253

参考文献260