PEM燃料电池：理论与实践

书籍目录

译者序

原书序

原书第2版前言

原书第1版前言和致谢

第1章绪论

1.1什么是燃料电池

1.2燃料电池简史

1.3燃料电池的类型

1.4PEM燃料电池如何工作

1.5为何需要燃料电池

1.6燃料电池的应用

参考文献

第2章燃料电池化学和热力学基础

2.1基本反应

2.2反应热

2.3氢的高热值和低热值

2.4理论电功

2.5燃料电池的理论电势

2.6温度效应

2.7燃料电池的理论效率

2.8卡诺效率的神话

2.9压力效应

2.10小结

问题

测验

参考文献

第3章燃料电池的电化学

3.1电极反应动力学

3.1.1反应速率

3.1.2反应常数:转移系数

3.1.3电流与电位的关系：巴特勒沃尔默方程

3.1.4交换电流密度

3.2电压损耗

3.2.1活化极化

3.2.2内部电流和渗透损耗

3.2.3电阻（欧姆）损耗

3.2.4浓度极化

3.3电池电势：极化曲线

3.4燃料电池的电势分布

3.5极化曲线的参数灵敏度

3.5.1转移系数/塔菲尔斜率的影响

3.5.2交换电流密度的影响

3.5.3氢渗透和内部电流损耗的影响

3.5.4内阻的影响

3.5.5极限电流密度的影响

3.5.6工作压力的影响

3.5.7空气与氧气对比

3.5.8工作温度的影响

3.6燃料电池效率

3.7燃料电池极化曲线的含义和用途

3.7.1由极化曲线得到的其他曲线

3.7.2极化曲线的线性近似

3.7.3利用极化曲线改变燃料电池的尺寸

问题

测验

参考文献

第4章电池主要部件、材料特性和过程

4.1电池描述

4.2膜

4.2.1吸水性

4.2.2物理特性

4.2.3质子电导率

4.2.4水传输

4.2.5气体渗透

4.2.6高温膜

4.3电极

4.4气体扩散层

4.4.1处理和涂层

4.4.2孔隙度

4.4.3电导率

4.4.4可压缩性

4.4.5渗透性

4.5双极板

4.5.1材料

4.5.2特性

问题

测验

参考文献

第5章燃料电池的工作条件

5.1工作压力

5.2工作温度

5.3反应物流量

5.4反应物湿度

5.5燃料电池的质量平衡

5.5.1入口流量

5.5.2出口流量

5.6燃料电池的能量平衡

问题

测验

参考文献

第6章电池组设计

6.1燃料电池组的尺寸

6.2电池组结构

6.3反应物对各电池单元均匀分布

6.4反应物在电池单元内部均匀分布

6.4.1流场形状

6.4.2流场朝向

6.4.3通道结构

6.4.4通道形状、尺寸和间距

6.4.5流场压降

6.5燃料电池组散热

6.5.1电池组的热平衡

6.5.2热传导

6.5.3主动散热

6.5.4通过自然对流和辐射的电池组散热

6.5.5电池组冷却的备选方法

6.6电池组夹紧结构

问题

测验

参考文献

第7章燃料电池建模

7.1理论和控制方程

7.1.1质量守恒

7.1.2动量守恒

7.1.3能量守恒

7.1.4组分守恒

7.1.5电荷守恒

7.2建模域

7.3建模示例

7.3.1通过膜的一维模型

7.3.2一维催化剂层模型

7.3.3二维通道上方模型

7.3.4沿通道的二维模型

7.3.5三维模型

7.3.6通过气体扩散层模型/孔隙网络模型

7.4小结

问题

测验

参考文献

第8章燃料电池故障诊断

8.1电化学技术

8.1.1极化曲线

8.1.2电流中断

8.1.3电化学阻抗光谱学

8.1.4其他电化学方法

8.2物理和化学方法

8.2.1组分分布映射

8.2.2温度分布

8.2.3电流分布映射

8.3小结

问题

测验

参考文献

第9章燃料电池系统设计

9.1氢/氧系统

9.1.1氧供应

9.1.2氢供应

9.1.3水/热处理：系统集成

9.2氢/空气系统

9.2.1空气供应

9.2.2被动式空气供应

9.2.3氢供应

9.2.4增湿方案

9.2.5水/热处理：系统集成

9.3具有燃料处理器的燃料电池系统

9.3.1基本过程和反应

9.3.2蒸汽重组

9.3.3部分氧化和自热重组

9.3.4重组对燃料电池性能的影响

9.3.5系统集成

9.4电气子系统

9.5系统效率

问题

测验

参考文献

第10章燃料电池的应用

10.1交通运输应用

10.1.1汽车

10.1.2公共汽车

10.1.3多用途汽车

10.1.4摩托车和自行车

10.2固定电源

10.2.1固定式燃料电池系统的分类

10.2.2系统结构

10.2.3整个燃料电池系统的效率

10.2.4燃料电池系统的经济性

10.3备用电源

10.4用于小型便携式电源的燃料电池

10.5可再生燃料电池及其应用

10.5.1折中设计

10.5.2可再生燃料电池的应用

问题

测验

参考文献

第11章聚合物电解质燃料电池的耐久性

11.1简介

11.2本章主要内容与组织结构

11.3性能损失的类型

11.3.1极化变化曲线的关键极限情况

11.3.2实际极化变化曲线分析

11.4与不同类型的损失有关的PEFC组件

11.4.1催化活性损失

11.4.2欧姆损失

11.4.3反应物质量传输损失

11.4.4向外泄漏、反应物渗透和电气短路

11.5工作条件

11.5.1电势需求

11.5.2温度

11.5.3电解质和湿度

11.6加速测试方法

11.7小结和未来展望

致谢

参考文献

第12章未来的燃料电池和氢

12.1简介

12.2氢燃料简史

12.3氢能源技术

12.3.1制氢技术

12.3.2储氢技术

12.3.3运输和分配技术

12.3.4氢能利用技术

12.3.5氢作为燃料的安全性

12.4目前的全球能源系统是否可持续

12.5未来预测

12.6未来可持续能源系统

12.7氢过渡或“负氢经济”

12.8未来能源革命

12.9小结

参考文献

作者简介

本书主要介绍了质子交换膜（PEM）燃料电池的原理、设计及实际应用等内容。全书内容共计12章，其中第1章概述了燃料电池的特点及发展历程；第2章和第3章分别介绍了燃料电池的化学、热动力学及电化学的相关内容；第4章分析了燃料电池的主要部件及其特性；第5章和第6章分别讨论了燃料电池的工作条件及其电池组的设计；第7~9章则讲述了电池的建模、故障诊断及系统设计；第10章对燃料电池的应用进行了总结；第11章讨论了燃料电池实际应用中的一个重要问题——电池耐久性；第12章则对燃料电池的未来进行了展望。书中很多章的末尾还辅以问题和测验，有助于读者掌握各章相关内容。

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