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低温燃料电池：快速商业化技术 
定 价：298 元
9 7 4 8 1 7 9 1 9 2 2 2 7 读者对象:本书可作为从事能源、电源电力、材料、化学化工，特别是燃料电池研发、设计和工程技术人员、管理人员的参考资料，也可供高等院校能源、电源电力、材料、化学化工等相关专业研究生、高年级本科生参考学习。 
《低温燃料电池：快速商业化技术》全面详细阐述了快速进入商业化的低温燃料电池技术，重点介绍聚合物电解质燃料电池。书中首先简要描述燃料电池发展历史及其商品和示范产品的应用和市场；接着详细阐述质子交换膜燃料电池组件和构建材料（聚合物膜、催化剂、气体扩散层、双极板等），以及组件的制造技术、商业化挑战及其解决技术；最后介绍了新概念低温燃料电池（可逆再生燃料电池、微生物燃料电池、直接液体燃料电池和直接固体燃料电池）。
本书可作为从事能源、电源电力、材料、化学化工，特别是燃料电池研发、设计和工程技术人员、管理人员的参考资料，也可供高等院校能源、电源电力、材料、化学化工等相关专业研究生、高年级本科生参考学习。
第1章 绪论 001
1.1 能源资源利用及发展趋势 002 1.1.1 能源资源 002 1.1.2 全球能源需求和消费 003 1.1.3 能源资源利用历史趋势 005 1.1.4 零碳能源 006 1.2 全球能源革命 006 1.3 可持续的能源技术 008 1.4 氢能源和氢经济概念 011 1.4.1 氢燃料和氢经济概念 011 1.4.2 氢经济的推动力 013 1.4.3 氢经济研究发展的国际合作 013 1.5 中国氢经济 014 1.5.1 中国氢经济发展主要推动力 016 1.5.2 中国氢能源发展总体目标、技术路线和优势 018 1.5.3 中国氢经济发展预测 019 1.5.4 中国能源低碳化发展任重道远 020 1.6 能量转换技术与氢燃料电池 020 1.6.1 氢燃料和燃料电池 021 1.6.2 能量转换技术及其比较 022 1.7 燃料电池发展200年 026 1.8 燃料电池技术在中国 030 1.8.1 资金支持 030 1.8.2 中国燃料电池研发简史 031 1.8.3 燃料电池发展示范 032 1.8.4 中国燃料电池应用领域 033 1.9 中国燃料电池发展展望 037 第2章 燃料电池技术基础 042 2.1 概述 042 2.2 燃料电池的主要类型 044 2.2.1 碱燃料电池（AFC） 044 2.2.2 磷酸燃料电池（PAFC） 045 2.2.3 固体氧化物燃料电池（SOFC） 047 2.2.4 熔融碳酸盐燃料电池（MCFC） 048 2.2.5 质子交换膜燃料电池（PEMFC） 049 2.2.6 直接甲醇燃料电池（DMFC） 051 2.2.7 小结 053 2.3 燃料电池特征和特色 057 2.3.1 降低有害污染物排放 058 2.3.2 高效率 058 2.3.3 模块化 059 2.3.4 快速负荷跟随 059 2.3.5 安静性质 060 2.3.6 应用范围广和燃料灵活性 060 2.3.7 高成本 060 2.3.8 低耐用性 061 2.3.9 氢公用基础设施 061 2.3.10 水平衡 061 2.3.11 伴生负荷 062 2.4 不同燃料电池技术的比较 062 2.4.1 燃料电池技术特征比较 062 2.4.2 燃料电池应用 064 2.5 氢燃料电池热力学分析 065 2.5.1 燃料电池反应热力学 065 2.5.2 燃料电池中的不可逆性 068 2.6 PEMFC氢燃料电池的电化学原理 069 2.6.1 引言 069 2.6.2 氢燃料电池可逆效率 070 2.6.3 可逆电压 071 2.6.4 反应物流速的影响 073 2.6.5 燃料电池的极化 074 2.6.6 燃料电池系统效率 081 2.6.7 燃料电池系统评价因子 082 2.7 单元池、电池堆和电池系统 082 2.7.1 单元池 082 2.7.2 电池堆 086 2.7.3 燃料电池系统 088 2.8 燃料电池操作条件影响 097 2.8.1 引言 097 2.8.2 控制水量和增湿的方法 098 2.8.3 冷却方式 100 2.8.4 反应物气体湿度对池性能的影响 101 2.8.5 入口气体温度的影响 104 2.8.6 操作温度效应 106 2.8.7 氧分压（氧化剂类型）效应 108 第3章 燃料电池的应用和市场Ⅰ：便携式应用和固定应用 109 3.1 概述 109 3.1.1 能量转换装置 112 3.1.2 燃料电池与热引擎和电池间的竞争 112 3.1.3 燃料电池分类和世界主要发展商 112 3.2 燃料电池的应用领域 113 3.2.1 引言 113 3.2.2 2008～2012年间燃料电池市场的增长 115 3.3 燃料电池便携式应用 118 3.4 燃料电池固定应用—分布发电单元（DG） 122 3.4.1 引言 122 3.4.2 燃料电池固定应用的商业化发展 123 3.4.3 各类燃料电池DG应用的商业化发展 124 3.5 燃料电池固定应用：应急电源和偏远地区电力系统 131 3.5.1 应急电源（EPS）或不间断电源（UPS） 131 3.5.2 偏远地区电力系统（RAPS） 133 3.6 燃料电池微CHP及其应用 134 3.6.1 热电联产（CHP）技术 134 3.6.2 商业可利用的燃料电池微CHP产品 140 3.7 燃料电池CHP系统 143 3.7.1 引言 143 3.7.2 燃料电池CHP分类和组件 144 3.7.3 燃料电池与CHP 146 3.7.4 CHP（FC-CHP）在不同部门中的应用 147 3.7.5 燃料电池CHP的优缺点 150 3.7.6 FC-CHP系统的缺点 154 3.8 FC-CHP系统现状 155 3.8.1 引言 155 3.8.2 FC-CHP在亚洲的发展 156 3.8.3 FC-CHP在欧洲的发展 158 3.8.4 FC-CHP系统在美洲的发展 159 3.8.5 FC-CHP在南非的发展 159 3.8.6 FC-CHP系统在澳大利亚的发展 159 3.9 FC-CHP系统的操作和成本 160 3.9.1 引言 160 3.9.2 耐用性和系统寿命 161 3.9.3 启动时间 163 3.9.4 性能降解 163 3.9.5 瞬时应答特性和优化操作时间 163 3.9.6 FC-CHP系统的成本 163 3.9.7 运行成本 165 3.10 燃料电池三联产系统（FC-CCHP） 165 3.10.1 引言 165 3.10.2 FC-CCHP系统的应用 168 3.11 燃料电池与其他发电装置的集成 170 3.11.1 引言 170 3.11.2 SOFC与气体透平组合 172 3.11.3 SOFC与兰开夏循环集成 174 3.11.4 燃气透平（CT）与SOFC的组合 175 3.11.5 SOFC组合技术在船舶上的应用 176 第4章 燃料电池的应用和市场Ⅱ：运输应用 178 4.1 概述 178 4.1.1 引言 178 4.1.2 燃料电池在运输部门的应用 179 4.1.3 燃料电池运输应用的商业化发展 181 4.2 电动车辆 185 4.2.1 引言 185 4.2.2 车辆分类 186 4.3 轻型燃料电池牵引车辆（LTV） 192 4.4 轻载燃料电池电动车辆（L-FCEV） 195 4.4.1 一般描述 195 4.4.2 排放降低 198 4.4.3 氢燃料 198 4.5 重载燃料电池电动车辆（H-FCEV） 201 4.5.1 引言 201 4.5.2 H-FCEV的发展实例 204 4.5.3 FCEV成本 205 4.6 氢燃料电池大客车的发展和示范试验 205 4.6.1 引言 205 4.6.2 电动大巴技术概述 206 4.6.3 电动大巴市场趋势 207 4.6.4 燃料电池电动大巴在各国的发展简况 208 4.6.5 美国燃料电池大巴 210 4.6.6 欧洲燃料电池大巴 213 4.6.7 加拿大燃料电池大巴 215 4.6.8 电动大巴的性能特色 219 4.6.9 燃料电池大巴（FCEB）的成就和挑战 224 4.7 燃料电池车辆中的燃料电池和氢燃料问题以及计划目标 225 4.7.1 燃料电池技术 225 4.7.2 氢公用基础设施 229 4.7.3 计划和目标 231 4.8 燃料电池在航空器中的应用 233 4.9 燃料电池应用于船舶推进 235 4.9.1 引言 235 4.9.2 船上应用燃料电池的项目和研究 235 4.9.3 潜艇 241 4.9.4 船舶用燃料电池 243 4.10 燃料电池辅助功率单元 244 4.10.1 对辅助功率单元的需求 244 4.10.2 燃料电池辅助功率单元市场应用分析 246 4.10.3 SOFC辅助功率单元样机 252 4.10.4 高温PEMFC燃料电池辅助功率单元（HT-PEMFC APU） 254 第5章 PEFC材料和制造Ⅰ：聚合物电解质 257 5.1 概述 257 5.1.1 聚合物电解质燃料电池 257 5.1.2 聚合物电解质膜 258 5.1.3 中低温燃料电池聚合物电解质膜分类 260 5.2 聚合物电解质膜材料 261 5.2.1 全氟磺酸离子交联聚合物 261 5.2.2 部分氟化聚合物 265 5.2.3 非氟化聚合物 266 5.2.4 聚合物掺合物 267 5.2.5 无水聚合物—酸碱复合物 268 5.2.6 聚合物电解质膜的质子电导率 269 5.2.7 可替代Nafion的聚合物电解质膜小结 270 5.2.8 聚合物电解质膜的基础研究 271 5.3 中温和低湿度磺化烃类膜 272 5.3.1 引言 272 5.3.2 高性能磺化烃类PEM 274 5.3.3 磺化烃类PEM的物理化学调变 280 5.3.4 表面改性—氟化PEM 283 5.3.5 热退火 285 5.4 高温酸掺杂PBI电解质膜 287 5.4.1 引言 287 5.4.2 PBI基高温PEMFC 288 5.4.3 高温操作HT-PEMFC的主要优缺点 288 5.4.4 PBI聚合物膜 289 5.4.5 酸掺杂聚苯并咪唑膜 290 5.4.6 PBI的合成和改性 291 5.4.7 PBI膜的制作和改性 292 5.4.8 PBI膜燃料电池初步性能 293 5.4.9 酸碱络合物膜 293 5.5 陶瓷PEM膜材料 295 5.6 PEM中的质子传导机理 296 5.7 复合物质子交换膜 297 5.7.1 引言 297 5.7.2 聚合物复合物膜的概念和设计 302 5.7.3 聚合物复合物膜的材料 305 5.7.4 有机-无机纳米复合物PEM的制备 311 5.7.5 不同类型聚合物复合物膜 315 5.7.6 聚合物复合膜小结 324 5.8 阴离子交换膜材料 325 5.8.1 引言 325 5.8.2 SAFC对阴离子交换膜的要求 327 5.8.3 阴离子交换膜 327 5.8.4 AAEMFC应用要解决的问题 329 第6章 PEFC材料和制造Ⅱ：催化剂和载体 332 6.1 概述 332 6.2 铂基催化剂 333 6.2.1 引言 333 6.2.2 单Pt电催化剂 334 6.2.3 Pt催化剂上HOR和ORR的机理 335 6.2.4 影响Pt催化剂性能的因素 336 6.3 Pt合金催化剂 338 6.4 Pt基催化剂的结构形貌控制 340 6.4.1 粒子大小效应 340 6.4.2 粒子形貌效应 341 6.5 核壳结构催化剂 346 6.5.1 核壳结构和应变效应 346 6.5.2 单一金属纳米粒子作为核材料 346 6.5.3 金属合金纳米核材料 347 6.6 中空结构纳米粒子催化剂 349 6.6.1 引言 349 6.6.2 Pt中空纳米粒子 349 6.6.3 合金中空纳米粒子 350 6.7 纳米结构薄膜催化剂 352 6.7.1 引言 352 6.7.2 纳米结构薄膜催化剂和MEA的制备 355 6.7.3 NSTF和Pt/C型MEA的比较 355 6.7.4 3M纳米结构薄膜催化剂层的特色和挑战 358 6.7.5 催化剂层组分和结构的优化 359 6.8 非铂催化剂 362 6.8.1 引言 362 6.8.2 过渡金属络合物催化剂 363 6.8.3 酞菁配体过渡金属大环催化剂 364 6.8.4 卟啉配体过渡金属大环催化剂 368 6.8.5 其他大环配体过渡金属大环催化剂 370 6.8.6 碳混杂物作为碱燃料电池中ORR电催化剂 371 6.8.7 小结 372 6.9 一维纳米结构电催化剂 374 6.9.1 引言 374 6.9.2 PEMFC应用1D纳米结构的优点 374 6.9.3 PEMFC应用的1D纳米结构催化剂制备 375 6.9.4 1D纳米结构催化剂的发展 376 6.9.5 烃类氧化反应的1D 纳米结构催化剂 381 6.9.6 1D Pt基纳米结构PEMFC电极 386 6.9.7 1D纳米结构催化剂小结 388 6.10 电催化剂碳载体材料 389 6.10.1 引言 389 6.10.2 炭黑 391 6.10.3 纳米结构碳材料 393 6.10.4 碳载体与催化剂间的相互作用 401 6.10.5 载体材料的选择标准 403 6.11 非碳和金属氧化物载体 404 6.11.1 引言 404 6.11.2 金属氧化物载体 404 6.11.3 Ti化合物载体 405 6.11.4 含锡化合物 407 6.11.5 二氧化硅 408 6.11.6 钨化合物 409 6.11.7 硫酸氧锆 410 6.11.8 导电聚合物 410 6.11.9 混合载体 411 6.11.10 小结 412 第7章 PEFC材料和制造Ⅲ：BP和燃料电池设计制造技术 413 7.1 碳基材料双极板 413 7.1.1 引言 413 7.1.2 双极板用聚合物 414 7.1.3 成型方法 415 7.1.4 填充剂 416 7.1.5 聚合物复合物BP的性质 419 7.2 金属双极板 421 7.2.1 引言 421 7.2.2 不锈钢BP材料 424 7.2.3 不锈钢的涂层 424 7.2.4 非铁合金和涂层 427 7.2.5 金属BP的成型—冲压和液压 428 7.2.6 金属BP的离子污染 430 7.2.7 小结 431 7.3 双极板设计和制造 432 7.3.1 双极板设计 432 7.3.2 双极板材料选择 435 7.3.3 双极板制造 438 7.3.4 碳基复合物BP的制作 441 7.4 多孔气体扩散层（GDL） 442 7.4.1 大孔基质（MPS） 442 7.4.2 微孔层（MPL） 443 7.4.3 MPL组件和制备模式 443 7.4.4 气体和液体水在GDL（MPL和MPS）中的传输 444 7.5 MEA设计装配和制造 444 7.5.1 引言 444 7.5.2 MEA设计 446 7.5.3 MEA制造 452 7.6 PEFC装配和制造 458 7.6.1 引言 458 7.6.2 膜电极装配体 459 7.6.3 流动场板 459 7.6.4 气体扩散层 461 7.6.5 装配压缩效应 463 7.6.6 影响装配压缩的因素 468 7.6.7 装配压缩对性能参数的影响 469 7.6.8 池堆压缩的方法 473 7.6.9 压缩装配小结 476 7.7 燃料电池性能测试表征 476 7.7.1 极化曲线 477 7.7.2 阻抗谱 477 7.7.3 电流截断方法 479 7.7.4 伏安法 480 7.7.5 其他原位测量技术 481 7.7.6 离位表征 481 7.7.7 加速老化试验 484 第8章 聚合物电解质燃料电池技术面对的挑战 488 8.1 概述 488 8.1.1 引言 488 8.1.2 燃料电池工业的现时状态 490 8.1.3 未来目标 491 8.1.4 条码、标准、安全和公众醒悟 494 8.2 燃料电池面对的主要挑战 494 8.2.1 高成本 494 8.2.2 低耐用性 495 8.2.3 氢公用设施 495 8.2.4 商业化壁垒 495 8.3 PEMFC成本的综合分析 497 8.3.1 引言 497 8.3.2 成本分析类型 498 8.3.3 膜和催化剂成本降低对PEMFC成本的重要性 501 8.3.4 小结 503 8.4 燃料电池材料和组件进展 504 8.4.1 引言 504 8.4.2 聚合物电解质膜 505 8.4.3 催化剂层 508 8.4.4 PEMFC的先进性能 516 8.4.5 PEMFC的耐用性 517 8.4.6 池堆 517 8.4.7 组件降解和缓解方法小结 518 8.5 关系到水管理的降解和缓解方法 519 8.5.1 引言 519 8.5.2 PEMFC中的水平衡 520 8.5.3 水分布和传输 520 8.5.4 水保留和累积 525 8.5.5 缓解策略（对水保留和累积引起的降解） 531 8.5.6 在PEMFC中的水传输 535 8.5.7 水管理小结 537 8.6 直接甲醇燃料电池的耐用性和恢复技术 538 8.6.1 引言 538 8.6.2 DMFC操作耐用性的现时状态 538 8.6.3 在DMFC长期操作期间的性能降解 540 8.6.4 性能恢复技术 548 8.6.5 DMFC性能降解和恢复技术小结 550 8.7 高温PEMFC的降解和缓解技术 551 8.7.1 引言 551 8.7.2 HT-PEMFC的降解和缓解 553 8.7.3 操作条件引起的降解和缓解 557 8.7.4 原位诊断作为缓解技术 560 8.7.5 HT-PEMFC降解和缓解技术小结 561 第9章 新概念燃料电池 562 9.1 可逆再生燃料电池 563 9.1.1 引言 563 9.1.2 整体再生质子交换膜燃料电池（UR-PEMFC） 569 9.1.3 固体氧化物电解池SOEC和可再生固体氧化物燃料电池（RSOFC） 579 9.2 微生物燃料电池 581 9.2.1 引言 581 9.2.2 微生物燃料电池的设计 583 9.2.3 MFC中的生物阴极 586 9.2.4 微生物燃料电池性能 588 9.2.5 MFC的应用 589 9.2.6 MFC的未来 591 9.3 微生物燃料电池处理污水 591 9.3.1 引言 591 9.3.2 污水处理过程的能量消耗和回收 592 9.3.3 MFC优势和原理 595 9.3.4 MFC移去有机物质 598 9.3.5 MFC移去营养物质 600 9.3.6 MFC移去金属 601 9.3.7 源分离 602 9.3.8 现时的挑战和潜在的机遇 603 9.4 微生物电解池 606 9.4.1 可持续处理废水的微生物电解池 606 9.4.2 电极、膜和反应器构型 607 9.4.3 实验室或半中试规模MEC用于污水处理 610 9.4.4 中试规模MEC处理WW 613 9.4.5 经济和环境考虑 614 9.4.6 MEC使用展望：挑战和未来前景 616 9.5 直接液体燃料电池 618 9.5.1 引言 618 9.5.2 直接乙醇燃料电池 621 9.5.3 直接乙二醇燃料电池 627 9.5.4 直接甲酸盐燃料电池 631 9.5.5 直接硼氢化物燃料电池 638 9.6 直接固体燃料电池 641 9.6.1 引言 641 9.6.2 直接碳燃料电池 642 9.6.3 DCFC基础描述 643 9.6.4 熔融氢氧化物DCFC 643 9.6.5 熔融碳酸盐DCFC 645 9.6.6 氧离子传导DCFC 646 参考文献 652 附录 662
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