Designing & building fuel cells

第1章 燃料电池基础
1.0 引言
1.1 什么是燃料电池
1.1.1 与普通电池的比较
1.1.2 与热机的比较
1.2 为什么需要燃料电池
1.2.1 便携式设备
1.2.2 移动式设备
1.2.3 固定式设备
1.3 燃料电池的历史
1.3.1 质子交换膜燃料电池
1.3.2 固体氧化物燃料电池
1.3.3 熔融碳酸盐燃料电池
1.3.4 磷酸燃料电池
1.3.5 碱性燃料电池
1.4 燃料电池如何工作
1.5 本章小结
1.6 思考题
1.7 参考文献
第2章 燃料电池与氢经济
2.0 引言
2.1 氢的特性
2.1.1 概述
2.1.2 氢作为燃料的安全性问题
2.2 世界能源需求
2.3 氢经济的发展
2.4 氢的制造、运送和储存
2.4.1 氢制造技术
2.4.2 氢储存技术
2.4.3 全球氢加注站
2.5 氢基础设施方面的投资
2.5.1 政府支持
2.5.2 氢应用的长期计划
2.5.3 氢研发方面的主要参与者
2.6 本章小结
2.7 思考题
2.8 参考文献
第3章 燃料电池类型
3.0 引言
3.1 聚合物电解质膜燃料电池（PEMFC）
3.2 碱性燃料电池（AFC）
3.3 磷酸燃料电池（PAFC）
3.4 固体氧化物燃料电池（SOFC）
3.5 熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）
3.6 直接甲醇燃料电池（DMFC）
3.7 锌空气燃料电池（ZAFC）
3.8 质子陶瓷燃料电池（PCFC）
3.9 生物燃料电池（BFC）
3.10 本章小结
3.11 思考题
3.12 参考文献
第4章 燃料电池应用
4.0 引言
4.1 便携式电源
4.2 备用式电源
4.2.1 概述
4.2.2 基本的电解槽计算公式
4.3 移动式电源
4.3.1 汽车
4.3.2 大巴
4.3.3 实用运载工具
4.3.4 踏板车与自行车
4.4 固定式电源
4.5 本章小结
4.6 思考题
4.7 参考文献
第5章 燃料电池热力学基础
5.0 引言
5.1 热力学基本概念
5.2 燃料电池可逆和净输出电压
5.3 燃料电池理论效率
5.3.1 概述
5.3.2 能量效率
5.4 燃料电池温度
5.5 燃料电池压强
5.6 本章小结
5.7 思考题
5.8 参考文献
第6章 燃料电池电化学基础
6.0 引言
6.1 电极动力学
6.2 电压损失
6.3 内部电流和交叉电流
6.4 提高动力性能
6.5 本章小结
6.6 思考题
6.7 参考文献
第7章 燃料电池电荷传输
7.0 引言
7.1 因电荷传输而引起的电压损失
7.2 金属的微传导性
7.3 水性电解质的离子传导性
7.4 聚合物电解质的离子传导性
7.5 陶瓷电解质的离子传导性
7.6 本章小结
7.7 思考题
7.8 参考文献
第8章 燃料电池质量传输
8.0 引言
8.1 从流道到电极的对流性质量传输
8.2 燃料电池电极中的扩散性质量传输
8.3 流结构中的对流性质量传输
8.3.1 流道中的质量传输
8.3.2 流道中的压降
8.4 本章小结
8.5 思考题
8.6 参考文献
第9章 燃料电池热传输
9.0 引言
9.1 燃料电池能量平衡
9.1.1 总的能量平衡过程
9.1.2 燃料电池堆的能量平衡
9.1.3 燃料电池总的能量平衡
9.1.4 燃料电池组成部件和气体的能量平衡
9.2 燃料电池各层中产生的热和流量
9.3 热传导
9.4 通过自然对流和辐射散热
9.5 燃料电池热管理
9.5.1 热交换器模型
9.5.2 空气冷却
9.5.3 边缘冷却
9.6 本章小结
9.7 思考题
9.8 参考文献
第10章 燃料电池建模
10.0 引言
10.1 质量守恒
10.2 动量守恒
10.3 能量守恒
10.4 物质守恒
10.5 电荷守恒
10.6 电极
10.6.1 质量传输
10.6.2 电化学行为
10.6.3 离子／电子传输
10.6.4 电极中的热传输
10.7 电解质
10.8 本章小结
10.9 思考题
10.10 参考文献
第11章 燃料电池材料
11.0 引言
11.1 电解质层
11.1.1 PEMFC和DMFC
11.1.2 PAFC
11.1.3 AFC
11.1.4 MCFC
11.1.5 SOFC
11.2 燃料电池电极层
11.2.1 PEMFC,DMFC和PAFC催化剂
11.2.2 PEMFC,DMFC和PAFC气体扩散层
11.2.3 AFC电极
11.2.4 MCFC电极
11.2.5 SOFC电极
11.3 低温燃料电池处理技术
11.4 SOFC制造方法
11.5 燃料电池制造方法
11.5.1 制备聚合物电解质膜
11.5.2 催化剂／电极层材料
11.5.3 热压MEA
11.6 本章小结
11.7 思考题
11.8 参考文献
第12章 燃料电池堆组成部件与材料
12.0 引言
12.1 双极板
12.1.1 中低温燃料电池的双极板材料
12.1.2 涂层金属板
12.1.3 复合板
12.2 流场设计
12.3 SOFC材料
12.4 MCFC材料
12.5 PAFC材料与设计
12.6 流道形状、尺寸和间隔
12.7 双极板制造
12.7.1 无孔石墨板制作
12.7.2 涂层金属板制作
12.7.3 复合板制作
12.8 垫片和隔板
12.8.1 PEMFC/DMFC/AFC
12.8.2 SOFC封装
12.9 端板
12.10 构建燃料电池双极板、垫片、端板和集流器
12.10.1 双极板设计
12.10.2 垫片选择
12.10.3 端板
12.10.4 集流器
12.11 本章小结
12.12 思考题
12.13 参考文献
第13章 燃料电池堆设计
13.0 引言
13.1 燃料电池堆大小
13.2 电池数
13.3 堆配置
13.4 向电池分配燃料和氧化剂
13.5 电池互连
13.5.1 SOFC
13.5.2 AFC
13.6 堆夹具
13.7 PEMFC的水管理
13.7.1 概述
13.7.2 水管理方法
13.8 燃料电池堆装配
13.9 本章小结
13.10 思考题
13.11 参考文献
第14章 燃料电池系统设计
14.0 引言
14.1 燃料子系统
14.1.1 加湿系统
14.1.2 鼓风机和风机
14.1.3 压缩机
14.1.4 涡轮机
14.1.5 燃料电池泵
14.2 电子系统
14.2.1 功率二极管
14.2.2 开关器件
14.2.3 开关调节器
14.2.4 逆变器
14.2.5 超级电容器
14.2.6 手机电源电子装置
14.2.7 汽车用DC-DC转换器
14.2.8 大型应用中的多电平转换器
14.3 燃料电池混合电源系统
14.4 系统效率
14.5 本章小结
14.6 思考题
14.7 参考文献
第15章 燃料类型、运输与处理
15.0 引言
15.1 氢
15.1.1 气体
15.1.2 液态
15.1.3 碳纳米纤维
15.2 其他常用燃料类型
15.2.1 甲醇
15.2.2 乙醇
15.2.3 金属氢化物
15.2.4 化学氢化物
15.2.5 氨
15.2.6 天然气
15.2.7 丙烷
15.2.8 汽油和其他基于石油的燃料
15.2.9 生物燃料
15.3 燃料处理
15.3.1 脱硫
15.3.2 蒸气重整
15.3.3 碳的形成
15.3.4 内部重整
15.3.5 直接碳氢化合物氧化
15.3.6 部分氧化
15.3.7 高温分解
15.3.8 甲醇重整
15.4 生物制氢
15.4.1 光合作用
15.4.2 细菌分解过程
15.5 电解槽
15.5.1 电解槽效率
15.5.2 电解槽中的高压
15.6 本章小结
15.7 思考题
15.8 参考文献
第16章 燃料电池工作条件
16.0 引言
16.1 工作压强
16.2 工作温度
16.3 反应物流速
16.4 反应物湿度
16.5 燃料电池质量平衡
16.6 本章小结
16.7 思考题
16.8 参考文献
第17章 燃料电池表征
17.0 引言
17.1 燃料电池测试设备
17.2 测试装置的验证
17.3 燃料电池状态调整
17.4 基本测试条件和工作参数
17.4.1 温度
17.4.2 压强
17.4.3 流速
17.4.4 压缩力
17.5 极化曲线
17.6 燃料电池电阻
17.6.1 电流中断法
17.6.2 交流阻抗法
17.6.3 高频阻抗法（HFR）
17.6.4 电化学阻抗波谱法（EIS）
17.6.5 化学计量搜索法
17.6.6 极限电流法
17.6.7 循环伏安法
17.7 电流密度图
17.8 中子成像
17.9 燃料电池层表征
17.9.1 多孔性判定
17.9.2 BET表面积判定
17.9.3 透射电子显微镜（TEM）
17.9.4 扫描电子显微镜（SEM）
17.9.5 X射线衍射（XRD）
17.9.6 能谱分析（EDS）
17.9.7 X射线荧光（XRF）
17.9.8 电感耦合等离子体质谱分析（ICP-MS）
17.10 本章小结
17.11 思考题
17.12 参考文献
附录A 常数与换算
附录B 所选物质的热力学特性
附录C 所选物质的分子质量、气体常数与比热
附录D 不同温度下的气体比热
附录E 不同温度下饱和液态水的比热
附录F 不同温度下所选燃料电池反应物的热力学数据
附录G 所选燃料电池物质的二元扩散系数
附录H 产品设计规范
附录I 燃料电池设计要求与参数
索引