第1章绪论1

1.1氢燃料电池基本原理1

1.2是什么限制了电流4

1.3把电池串联起来――双极板5

1.4供气和冷却7

1.5燃料电池的分类11

1.6其他类型的电池13

1.6.1生物燃料电池13

1.6.2金属"para" label-module="para">

1.6.3氧化还原液流电池和可再生燃料电池14

1.7燃料电池系统的其他部分15

1.8比较各电池系统用的参数17

1.9优点和应用18

参考文献19第2章效率和开路电压20

2.1氢气燃料电池的能量和电动势(EMF)20

2.2其他燃料电池和普通电池的开路电压23

2.3效率和效率极限24

2.4效率和燃料电池电压27

2.5气体浓度和压力的影响28

2.5.1能斯特公式28

2.5.2氢气分压30

2.5.3燃料和氧化剂的利用率31

2.5.4系统压力31

2.5.5应用――血液中酒精含量的测定32

2.6总结33

参考文献34第3章燃料电池工作电压35

3.1引言35

3.2相关术语36

3.3燃料电池的不可逆性――电压降的原因37

3.4活化损失38

3.4.1Tafel公式38

3.4.2Tafel公式中的常量39

3.4.3降低活化过电压42

3.4.4活化过电压总结42

3.5燃料穿透和内部短路电流43

3.6欧姆损失45

3.7传质与浓度损失46

3.8不可逆性的综合考虑48

3.9双电层49

3.10区分各种不可逆性50

参考文献53XiVXV第4章质子交换膜燃料电池(PEMFC)55

4.1引言55

4.2聚合物电解质是如何工作的57

4.3电极和电极结构59

4.4 PEMFC的水管理62

4.4.1总论62

4.4.2空气流动和水蒸发64

4.4.3PEMFC的空气湿度66

4.4.4不经另外加湿的PEMFC操作68

4.4.5外部加湿――原理70

4.4.6外部加湿――方法72

4.5PEMFC的冷却和空气供给74

4.5.1阴极空气冷却法74

4.5.2反应空气与冷却空气分离法75

4.5.3PEMFC的水冷却法76

4.6PEMFC的内部连接――双极板77

4.6.1引言77

4.6.2双极板上的流场形式78

4.6.3制作PEMFC的双极板79

4.6.4电池堆的其他布局方式82

4.7操作压力84

4.7.1概述84

4.7.2高压操作性价比简单分析86

4.7.3影响压力选择的其他因素89

4.8反应物组成91

4.8.1一氧化碳中毒91

4.8.2甲醇和其他液体燃料92

4.8.3用纯氧代替空气作为氧化剂92

4.9系统实例93

4.9.112W的小型系统93

4.9.22kW的中型系统94

4.9.3205kW的燃料电池发动机97

参考文献98第5章碱性燃料电池100

5.1历史背景及综述100

5.1.1基本原理100

5.1.2历史地位100

5.1.3主要优点101

5.2碱性燃料电池的类型103

5.2.1循环式电解质碱性燃料电池103

5.2.2固定式电解质碱性燃料电池105

5.2.3可溶解燃料碱性燃料电池106

5.3工作压力和温度108

5.4碱性电解质燃料电池的电极111

5.4.1引言111

5.4.2烧结镍双孔电极111

5.4.3雷尼金属112

5.4.4滚压电极112

5.5电池的连接113

5.6问题与改进114

参考文献115第6章直接甲醇燃料电池（DMFC）117

6.1引言117

6.2阳极反应和催化剂119

6.2.1DMFC总反应119

6.2.2碱性DMFC的阳极反应119

6.2.3质子交换膜DMFC的阳极反应120

6.2.4阳极燃料供给121

6.2.5阳极催化剂122

6.3电解质和燃料穿透123

6.3.1燃料穿透是如何发生的123

6.3.2降低燃料穿透的常规技术124

6.3.3正在发展的抗燃料穿透技术125

6.4阴极反应和催化剂126

6.5甲醇的制备、储存和安全126

6.5.1甲醇的制备126

6.5.2甲醇的安全性127

6.5.3甲醇与乙醇的比较129

6.5.4甲醇的储存130

6.6DMFC的应用130

参考文献133XViXVii第7章中高温燃料电池136

7.1引言136

7.2一般特征137

7.2.1燃料重整概述137

7.2.2燃料利用率139

7.2.3底循环140

7.2.4热交换器的应用――放射本能和夹点技术145

7.3磷酸燃料电池（PAFC）148

7.3.1工作原理148

7.3.2PAFC的工作性能151

7.3.3PAFC的最新发展动态153

7.4熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）156

7.4.1工作原理156

7.4.2使用熔融碳酸盐电解质的条件158

7.4.3MCFC里的电池组件159

7.4.4电池堆的配置与密封163

7.4.5内部重整165

7.4.6MCFC的工作性能166

7.4.7实际应用的MCFC系统169

7.5固体氧化物燃料电池（SOFC）174

7.5.1工作原理174

7.5.2SOFC电池组件176

7.5.3SOFC的实际设计和电池堆布局180

7.5.4SOFC的工作性能185

7.5.5SOFC联合循环、新颖的系统设计和混合系统186

7.5.6中温 SOFC189

参考文献190第8章燃料电池的燃料供应194

8.1引言194

8.2化石燃料196

8.2.1石油196

8.2.2混合物中的石油：沥青砂、油页岩、气体水合物和液化石油气(LPG)198

8.2.3煤和煤气198

8.2.4天然气200

8.3生物燃料201

8.4燃料处理基础202

8.4.1燃料电池对燃料的要求202

8.4.2脱硫203

8.4.3蒸汽重整204

8.4.4碳的形成和预重整207

8.4.5内部重整209

8.4.6直接氧化碳氢化合物210

8.4.7部分氧化和自热重整211

8.4.8碳氢化合物高温分解或热裂解制氢212

8.4.9燃料进一步处理――除去一氧化碳212

8.5燃料处理系统的实际应用――固定式电源214

8.5.1传统工业蒸汽重整214

8.5.2蒸汽重整型PEMFC和PAFC电厂的天然气进料系统设计215

8.5.3重整器和部分氧化反应器的设计217

8.6燃料处理系统的实际应用――移动式应用224

8.6.1概述224

8.6.2车用甲醇重整工艺225

8.6.3微型甲醇反应器227

8.6.4汽油重整229

8.7电解器230

8.7.1电解器的操作230

8.7.2电解器的应用231

8.7.3电解器效率232

8.7.4高压制氢232

8.7.5光"para" label-module="para">

8.8 生物制氢234

8.8.1引言234

8.8.2光合作用235

8.8.3发酵工艺制氢236

XViiiXiX8.9贮氢Ⅰ――以氢的形式储存237

8.9.1引言237

8.9.2安全问题237

8.9.3以压缩气体形式贮氢239

8.9.4液态贮氢241

8.9.5可逆金属氢化物贮氢243

8.9.6碳纳米纤维245

8.9.7贮氢方法的比较248

8.10贮氢Ⅱ――化学方法249

8.10.1引言249

8.10.2甲醇250

8.10.3碱金属氢化物251

8.10.4硼氢化钠252

8.10.5氨256

8.10.6储存方法比较258

参考文献259第9章压缩机、涡轮机、喷射器、鼓风机、吹风机和泵263

9.1引言263

9.2压缩机――使用类型263

9.3压缩机效率266

9.4压缩机功率267

9.5压缩机性能图268

9.6离心式压缩机的性能图271

9.7压缩机选择――实际问题272

9.8涡轮机273

9.9涡轮增压器276

9.10喷射循环器276

9.11鼓风机和吹风机277

9.12隔膜泵或膜片泵279

参考文献280第10章燃料电池电力传输281

10.1引言281

10.2DC调节和电压转换282

10.2.1开关装置282

10.2.2开关调节器284

10.3逆变器288

10.3.1单相288

10.3.2三相291

10.3.3调整要点和费用292

10.3.4功率因素校正295

10.4电动机296

10.4.1通常观点296

10.4.2感应电动机297

10.4.3无刷DC电动机299

10.4.4开关磁阻电动机301

10.4.5电动机效率303

10.4.6电动机质量305

10.5燃料电池/电池或电容混合系统306

参考文献310第11章燃料电池系统分析312

11.1引言312

11.2能量系统312

11.3燃料生产到使用全程分析314

11.3.1从油井到车轮的分析314

11.3.2油井到油箱的分析315

11.3.3通用汽车公司（GM）燃料生产到使用全程研究的主要结论316

11.4动力链或驱动链分析318

11.5实例系统Ⅰ――PEMFC动力公共汽车319

11.6实例系统Ⅱ――用天然气作为燃料的固定系统324

11.6.1引言324

11.6.2流程图和系统的初步设计324

11.6.3详细的工程设计328

11.6.4进一步的系统分析329

11.7结束语330

参考文献331XX

附录A摩尔吉布斯自由能变的计算332

A.1氢燃料电池332

A.2一氧化碳燃料电池334

参考文献335

附录B燃料电池相关公式336

B.1引言336

B.2氧气和空气的用量336

B.3出口空气流速338

B.4氢气的用量338

B.5水的生成速率339

B.6生成的热能339

2100433B

该书是《可再生能源开发应用技术丛书》之一。该书首先对燃料电池的基本原理、种类和应用作了概括性的介绍，使读者对燃料电池有一个清晰的了解。随后详细介绍主要类型的燃料电池、技术发展前景、燃料电池操作和热力学性能、燃料处理以及氢的存储和生产。对燃料电池系统组件例，如压缩机、涡轮机、电动机、直流电压转换器、逆变器、并网、燃料电池/电池或超电容混合系统与燃料电池车的动力链和从油井倒车轮的全过程分析等也进行了比较详细的论述。书中不但给出了燃料电池系统的模型、设计和工艺。而且还选择一些应用实例对其进行说明，使读者对该类型的燃料电池有更深入的了解。本书结构新颖，内容深入浅出，实用性强，可供普通高校化工类、应用化学类专业学生和研究生学习参考，也可作为电气、能源、化学和汽车领域的技术及研究人员的参考和指导用书。

本书首先对燃料电池的基本原理、种类和应用作概述性的介绍。随后详细介绍主要类型的燃料电池、技术发展前景、燃料电池操作和热力学性能、燃料处理以及氢的存储和生产。

第1章 绪论

第2章 效率和开路电压

第3章 燃料电池工作电压

第4章 质子交换膜燃料电池(PEMFC)

第5章 碱性燃料电池

第6章 直接甲醇燃料电池(DMFC)

第7章 中高温燃料电池

第8章 燃料电池的燃料供应

第9章 压缩机、涡轮机、喷射器、鼓风机、吹风机和泵

第10章 燃料电池电力传输

第11章 燃料电池系统分析

附录 2100433B

单独的燃料电池电堆不能用于发电，它必须和燃料供给与循环系统、氧化剂供给系统、水/热管理系统、控制系统等组成燃料电池发电系统，才能对外输出功率。

燃料电池系统的主要研究热点包括：使用轻质材料，优化设计，提高燃料电池系统的比功率；提高PEMFC系统快速冷启动能力和动态响应性能；研究具有负荷跟随能力的燃料处理器；对电池或超级电容、氢气存储进行系统优化设计，提高系统的效率和调峰能力，回收制动能量等。