燃料电池技术

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		燃料电池技术
		燃料电池技术

基本信息·出版社：电子工业出版社
·页码：247 页
·出版日期：2009年01月
·ISBN：7121077701/9787121077708
·条形码：9787121077708
·版本：第1版
·装帧：精装
·开本：16
·正文语种：中文
·丛书名：“十一五”国家重点图书出版规划项目

内容简介 燃料电池作为继火电、水电、核电之后的第四代发电方式，被誉为21世纪清洁、高效的动力源，受到人们广泛的关注，燃料电池技术也在飞速地发展。
《燃料电池技术》系统地介绍了燃料电池技术的历史与发展，并通过对燃料电池的基本原理与研究方法、种类和应用的介绍使读者对这种新的发电方式具有清晰的了解；详细分析论述了燃料电池氢源技术、各种类型燃料电池的关键技术、发展现状与前景以及燃料电池电能输出技术。《燃料电池技术》既在基本原理方面做了深入介绍，又总结了许多实践方面的经验；既突出了目前国际上发展迅速的质子交换膜燃料电池、甲醇燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池与固体氧化物燃料电池等几种燃料电池技术，又突出了制氢技术作为燃料电池发电方式基础的重要性以及电能输出的技术特点，同时还反映了近年来燃料电池技术的最新科技成果与未来发展方向。
《燃料电池技术》既可作为从事燃料电池技术开发与研究的专业教师与研究人员的参考和指导用书，也可作为燃料电池技术爱好者的自学教材。
目录
第1章 燃料电池简介
1.1 燃料电池简史
1.1.1 燃料电池启蒙阶段
1.1.2 燃料电池现代发展阶段
1.2 燃料电池基本原理
1.3 燃料电池系统
1.3.1 燃料处理系统
1.3.2 排热回收系统
1.4 燃料电池特性
1.4.1 良好的环境相容性
1.4.2 良好的操作性能
1.4.3 灵活可靠的输出性能
1.4.4 灵活的结构特性
1.4.5 燃料电池存在的问题
1.5 燃料电池分类
1.5.1 碱性燃料电池
1.5.2 质子交换膜燃料电池
1.5.3 直接甲醇燃料电池
1.5.4 磷酸燃料电池
1.5.5 熔融碳酸盐燃料电池
1.5.6 固体氧化物燃料电池
1.6 其他类型燃料电池
1.6.1 再生型燃料电池
1.6.2 锌空燃料电池
1.6.3 生物燃料电池
参考文献

第2章 燃料电池基础理论与研究方法
2.1 燃料电池中的化学热力学
2.1.1 化学热力学基础
2.1.2 气体压力、浓度和温度对电极电势的影响
2.1.3 燃料电池的效率
2.2 燃料电池中的电极反应动力学[2～5]
2.2.1 燃料电池的不可逆性——电压降
2.2.2 Butler-Volmer方程
2.2.3 活化损失
2.2.4 传质损失
2.2.5 欧姆损失
2.2.6 燃料电池的渗透及内电流
2.3 电催化理论简介
2.3.1 析氢反应和氢氧化反应机理
2.3.2 氧的还原反应
2.3.3 甲醇电催化氧化原理
2.4 燃料电池的传质
2.5 燃料电池表征方法
2.5.1 催化剂相关表征方法
2.5.2 燃料电池测试系统
2.5.3 燃料电池各种损失的表征方法
参考文献

第3章 燃料电池的燃料与氧化剂供应
3.1 化石燃料
3.1.1 石油
3.1.2 低硫轻质石油及液化石油气
3.1.3 天然气
3.1.4 煤和煤气
3.2 生物燃料
3.3 氢
3.3.1 氢的制取
3.3.2 氢燃料的纯化
3.3.3 氢的贮存
3.3.4 氢的运输和加注
3.3.5 氢的安全性
3.4 燃料电池氧化剂的供应
3.4.1 压缩机类型
3.4.2 压缩机供气量和压缩机的选择
参考文献

第4章 碱性燃料电池
4.1 引言
4.2 工作原理
4.3 电催化剂与电极
4.3.1 电催化剂
4.3.2 电极结构与制备工艺
4.4 电解质
4.5 AFC性能的影响因素和存在的问题
4.5.1 操作压力
4.5.2 操作温度
4.5.3 电解质浓度
4.5.4 CO2的毒化问题
4.5.5 排水方法
参考文献

第5章 质子交换膜燃料电池
5.1 引言
5.2 PEMFC的特征
5.2.1 能量转换效率
5.2.2 温度特性
5.2.3 压力特性
5.2.4 CO的影响
5.2.5 寿命
5.2.6 电池及电堆性能特征描述
5.3 质子交换膜
5.3.1 概述
5.3.2 全氟磺酸膜
5.3.3 非全氟磺酸膜
5.3.4 耐热型质子交换膜
5.3.5 质子交换膜发展方向
5.4 电催化剂
5.4.1 电催化剂的技术指标与选择原则
5.4.2 阳极催化剂及其发展趋势
5.4.3 阴极催化剂
5.4.4 电催化剂的制备方法
5.5 电极
5.5.1 气体扩散层
5.5.2 催化层
5.5.3 膜电极“三合一”组件的制备
5.6 双极板及流场设计
5.6.1 双极板的功能和特点
5.6.2 双极板种类及其特征
5.6.3 流场形式及特征
5.6.4 双极板及流场设计发展展望
5.7 PEMFC系统
5.7.1 单电池与电堆
5.7.2 PEMFC加湿单元
5.7.3 PEMFC供气单元
5.7.4 PEMFC电源系统集成与运行管理
5.8 PEMFC的应用
5.8.1 小型定置发电系统
5.8.2 运输工具
5.8.3 便携式电源
5.9 可再生燃料电池（RFC）
参考文献

第6章 直接甲醇燃料电池
6.1 引言
6.2 DMFC的工作原理
6.2.1 DMFC电极反应
6.2.2 甲醇电催化氧化原理及影响因素
6.3 DMFC阴阳极催化剂及质子交换膜
6.3.1 DMFC阴极催化剂
6.3.2 DMFC阳极催化剂
6.3.3 DMFC质子交换膜
6.4 DMFC及其性能影响因素分析
6.4.1 DMFC的组成与结构
6.4.2 DMFC工作条件和进料方式
6.4.3 DMFC的功率范围及限制因素
6.5 DMFC系统的应用发展
参考文献

第7章 磷酸燃料电池
7.1 引言
7.2 PAFC工作原理与特性
7.2.1 工作原理
7.2.2 PAFC特性
7.3 PAFC组成材料
7.3.1 电解质与载体
7.3.2 催化剂
7.3.3 双极板
7.4 PAFC结构
7.4.1 电极结构及制备工艺
7.4.2 单电池与电池堆
7.5 影响PAFC性能的因素
7.5.1 压力
7.5.2 温度
7.5.3 燃料组成及利用率
7.5.4 氧化剂组成及利用率
7.6 技术开发重点
参考文献

第8章 熔融碳酸盐燃料电池
8.1 MCFC工作原理
8.2 熔融碳酸盐燃料电池材料
8.2.1 阳极材料
8.2.2 阴极材料
8.2.3 基体材料
8.3 影响熔融碳酸盐燃料电池性能的因素
8.3.1 压力的影响
8.3.2 温度的影响
8.3.3 反应气体组分和利用率的影响
8.4 熔融碳酸盐燃料电池的应用与发展
参考文献

第9章 固体氧化物燃料电池
9.1 历史
9.2 SOFC的工作原理
9.3 SOFC技术和应用
9.4 SOFC材料
9.4.1 固体电解质材料
9.4.2 阳极材料
9.4.3 阴极材料
9.4.4 连接材料
9.5 SOFC的制备工艺
9.5.1 物理法
9.5.2 化学法
9.5.3 陶瓷成型法
9.6 SOFC的电堆结构
9.6.1 管状设计
9.6.2 平板式设计
9.6.3 合并的平板式SOFC和平管高功率密度设计
9.7 燃料和燃料的处理
9.7.1 内部重整
9.7.2 碳氢燃料的直接氧化
参考文献

第10章 燃料电池的电能输出
10.1 引言
10.2 线性电源电路
10.3 开关电源主要元、器件
10.3.1 高频二极管
10.3.2 功率场效应管（MOSFET）
10.3.3 磁路与磁性材料
10.3.4 电感
10.3.5 变压器
10.4 Buck开关调整器
10.5 Boost开关调整器
10.5.1 Boost开关调整器的工作原理
10.5.2 燃料电池辅助电源用锂电池选择实例
10.6 Cuk开关调整器
10.7 Sepic开关调整器
10.7.1 Sepic开关调整器的工作原理
10.7.2 10 W燃料电池电压变换实例
10.8 单端正激变换器
10.9 推挽型变换器
10.10 全桥变换器
10.11 开关电源的控制原理
10.12 800 W燃料电池DC/DC变换器实例
参考文献
结束语
……
序言 能源是人类维持和改善生活质量不可或缺的保障，能源技术则是衡量一个国家经济发展与人民生活水平的重要指标。人类智慧和技术进步为开发新能源，更加高效和环保地使用能源创造了机会。燃料电池是一种高效率且洁净的新型发电装置，将肩负起21世纪能源创新与突破的重大责任。
追溯历史我们知道，自1839年英国化学家William Grove发明燃料电池以来，燃料电池一直处于实验室研究阶段。直到20世纪60年代美国国家航空航天局把燃料电池作为航天器的动力源，才使燃料电池得到进一步发展。从20世纪90年代以来，随着能源危机的日益严重，全世界越来越关注全球环境问题及“绿色”技术，燃料电池技术得到迅猛发展，成为公认的继火电、水电、核电之后的第四代大规模发电方式。
随着燃料电池技术的不断发展，人们对燃料电池的兴趣与日俱增。从化学到工程学甚至到战略分析等各个行业，许多原本不太熟悉燃料电池技术的人们都意识到了解燃料电池的必要性。中国的燃料电池技术经过几十年的发展与进步，研究水平受到世界各国的重视。国内越来越多的燃料电池研究者与爱好者迫切需要一个统一的、易懂的、最新的关于这项技术及其应用的说明，这也正是本书的宗旨。燃料电池技术领域跨度大，其内容涵盖了物理、化学、机械、电机、材料、化工、控制、环保等多个学科，而本书的特色在于语言浅显易懂，结构新颖独特，并结合生动的图表来说明燃料电池的原理与应用，使不同学科背景的读者都有可能融会贯通，从而进入燃料电池的研究殿堂。
作者具有20余年的燃料电池研究经历，对磷酸燃料电池、质子交换膜燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池以及固体氧化物燃料电池都有广泛的涉猎与独特的见解。可以说本书是作者多年研究结果的汇总，同时作者也收集了大量国内外最新研究成果与信息，希望展示给读者的是一本全面而新鲜的燃料电池技术读物。
本书前两章在介绍燃料电池的历史与发展的基础上，分析了各类燃料电池的特点，阐述了燃料电池的热力学与动力学原理和现代燃料电池研究方法。读者只有很好地理解了这些基本原理，才能对燃料电池有一个清晰准确的认识。本书第3章详细介绍了燃料电池的燃料与氧化剂的供给，其中重点论述了氢源技术。因为一直以来困扰燃料电池发展的一个因素就是如何获得可靠稳定的氢源，只有解决好氢源问题，燃料电池的发展才能有稳固的根基。接下来的4～9章，分别介绍了几种不同类型燃料电池的工作特性与应用范围，给读者展示出多种燃料电池的原理与发展动向。第10章突出燃料电池的应用本质——电能输出，介绍了组成完整燃料电池系统需要的电学组件。
作者在这里要特别感谢乔治 A?奥拉（George A. Olah）教授（1994年诺贝尔化学奖得主、《跨越油气时代：甲醇经济》一书作者），多年前他和比隆教授给予本书作者的指导奠定了作者涉入燃料电池及化石能源高效转化领域的基础。
本书在撰写过程中得到许多燃料电池界同仁与朋友的帮助，感谢英国Oxford Brookes University的James Larminie先生（《Fuel Cell Systems Explained》一书的作者）对本书的内容构思给予的指点；感谢日本松下电器FC事业开发室小原英夫先生与作者在燃料重整制氢和燃料电池家用分布式电站方面的技术交流；感谢德国Smart Fuel Cell公司的Jens Mueller先生在直接甲醇燃料电池方面与作者所进行的有益的讨论；感谢丹麦Risoe国家实验室的Mogens Mogensen先生、丹麦Haldor Topsoe（哈尔杜?托普索）公司的Christian Olsen先生和中国科学院上海硅酸盐研究所的王绍荣先生在固体氧化物燃料电池方面所提供的很多宝贵信息；感谢作者的朋友侯晓峰先生和李生先生为本书燃料电池电能输出部分的撰写所给予的专业指导。马丽女士在本书的成稿过程中做了大量细致的整理和改进工作，作者的同事及许多燃料电池青年爱好者为本书提供了很多资料，并提出了许多宝贵的意见与建议，在此作者对这些朋友表示衷心的感谢！由于燃料电池技术的发展日新月异、推陈出新，随时都有进一步改进的空间，同时作者水平有限，书中难免有疏漏之处，诚望各位读者提出宝贵意见。如果读者通过本书的阅读能够获得哪怕是一点点新的知识，作者将感到不胜荣幸。
文摘 当一节燃料电池运行时，工作电雎为O.6～0.8 v，这意味着，要产生足够的电压，需要把许多电池串联起来，构成一个电池组，如图1.5所示。要实现电池组的应用，还需要一系列分系统共同工作，包括燃料（如氢）供给的分系统，氧化剂（如氧）供应的分系统，水热管理分系统和输出直流电升压、稳压分系统等。如果用户需要交流电，还需加入直流交流逆变部分构成总的燃料电池系统。因此，一台燃料电池系统相当于一个小型自动运行的发电厂，它高效、无污染地将储存在燃料与氧化剂中的化学能转化为电能。
插图：

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