氢能与燃料电池

第1章概述
1.1氢的发展历史 1
1.1.1氢发展史大事年表 1
1.1.2兴登堡号和挑战者号空难 5
1.2氢能发展趋势 6
习题 8
参考文献 8

第2章氢的物理化学性质
2.1氢的丰度及同位素 9
2.1.1氢的丰度 9
2.1.2氢的同位素 10
2.2与氢分子相关的几个基本术语 11
2.2.1单重态与三重态 11
2.2.2正氢和仲氢 11
2.3氢气的物理性质 13
2.3.1氢的平衡相图 13
2.3.2氢气的状态方程 14
2.3.3焦耳-汤姆孙效应 15
2.3.4反转曲线 17
2.4氢的扩散及化学性质 17
2.4.1氢的扩散 17
2.4.2氢的化学性质 18
2.5氢气与固体表面的相互作用 26
2.5.1固体的表面效应 26
2.5.2氢与固体间的表面效应 26
2.5.3氢脆 27
2.6氢的四种化学态 28
2.6.1简介 28
2.6.2四种化学态的氢相互转化和应用 29
2.6.3分子氢 30
2.6.4质子 31
2.6.5原子氢 31
2.6.6氢负离子 32
2.6.7氢化物应用的新领域 32
2.6.8Mg颗粒外表的氢负离子 33
2.7氢化物的表面工程 34
2.7.1氢化物的各种表面相互作用 34
2.7.2表面特性的重要性 35
2.7.3表面特性的改善措施 36
2.8本章结语 37
习题 37
参考文献 38

第3章制氢技术
3.1碳氢化合物制氢 39
3.1.1化石燃料制氢的物理化学基础 39
3.1.2天然气重整制氢 41
3.1.3煤制氢技术 44
3.1.4生物质重整制氢技术 46
3.2电解水制氢技术 47
3.2.1电解水制氢原理 47
3.2.2碱性电解水制氢技术 48
3.2.3固体聚合物电解水制氢技术 51
3.2.4固体氧化物电解水制氢技术 52
3.2.5利用可再生能源的电解水制氢 52
3.2.6总结与展望 53
3.3水的热化学制氢 53
3.3.1热化学制氢的工作原理 54
3.3.2热化学制氢的优缺点 56
3.4水的光催化制氢和光电化学制氢 56
3.4.1光催化制氢 57
3.4.2光电化学制氢 57
3.4.3光催化制氢和光电化学制氢的区别 58
3.4.4光电化学制氢的优缺点 58
3.5生物质能制氢 59
3.5.1生物质生化发酵制氢 60
3.5.2生物质热化学转化制氢 62
3.5.3生物质制乙醇+乙醇制氢 63
3.6本章结语 64
习题 65
参考文献 65

第4章储氢技术
4.1分子态储氢技术 66
4.1.1高压气瓶储氢 68
4.1.2氢气压缩 70
4.1.3液态氢储存 72
4.1.4高压储氢与液氢储存对比 75
4.2吸附储氢技术 76
4.2.1吸附现象 76
4.2.2物理吸附 77
4.2.3化学吸附 78
4.2.4吸附储氢材料 80
4.2.5小结 83
4.3金属氢化物储氢技术 84
4.3.1储氢合金的组成 84
4.3.2储氢合金的储氢原理 85
4.3.3小结 87
4.4过渡金属配位氢化物 87
4.5非过渡金属配位氢化物 88
4.5.1金属硼氢化物的结构 88
4.5.2复杂氢化物的稳定性 88
4.5.3金属硼氢化物的脱氢机理 89
4.5.4金属铝氢化物的脱氢过程 90
4.5.5小结 91
4.6制氢-储氢一体化技术 92
4.6.1硼氢化钠的研发历史 92
4.6.2硼氢化钠的水解制氢原理 93
4.6.3硼氢化钠水解制氢-储氢一体化装置 93
4.6.4NaBH4的生产和再生 94
4.6.5NaBH4水解制氢应用中的几个问题 96
4.7其他储氢技术 96
4.7.1金属N-H体系储氢材料 96
4.7.2有机液态储氢 96
4.7.3氨和氨基化合物储氢 97
4.8材料储氢性能的分析测试技术 98
4.8.1体积法 西韦特法(Sievert’s) 98
4.8.2热脱附谱法 98
4.8.3热重法 98
4.8.4电化学法 99
4.9储氢技术发展趋势 99
4.10本章结语 99
习题 100
参考文献 101

第5章氢的典型应用
5.1氢经济的实现路线 102
5.2氢燃料电池车 103
5.3固定式燃料电池发电 103
5.4移动式燃料电池发电 104
5.4.1基于水解制氢的移动式燃料电池电源 105
5.4.2基于可逆气固储氢的燃料电池充电宝 105
5.5电解水储能 106
5.6氢内燃机汽车 107
5.7氢燃料电池船舶 108
5.8镍氢电池及混合动力车 108
5.9几种与氢相关的功能器件 109
5.9.1调光镜 109
5.9.2金属氢化物热泵 110
5.9.3金属氢化物传感器 110
5.9.4金属氢化物控制器 110
习题 110
参考文献 111

第6章燃料电池概述
6.1燃料电池的诞生 112
6.2燃料电池的结构组成 114
6.2.1燃料电池系统的部件及功能 114
6.2.2单电池—电堆—电池系统 115
6.2.3国内外电堆技术发展现状 116
6.2.4国内外典型的燃料电池系统 118
6.3燃料电池的关键材料和部件 119
6.3.1燃料电池的关键材料 120
6.3.2燃料电池的关键部件 126
6.3.3燃料电池关键材料和部件的降解机制 137
6.3.4我国燃料电池技术发展目标及重点任务 137
6.4燃料电池的工作原理 138
6.5燃料电池的特点 140
6.6燃料电池的分类和应用 142
6.7燃料电池的发展历程 144
6.7.1国内外燃料电池的发展现状 145
6.7.2日本的燃料电池发展现状及规划 147
习题 150
参考文献 151

第7章碱性燃料电池
7.1碱性燃料电池的结构及工作原理 152
7.2碱性燃料电池的特点 154
7.3碱性燃料电池的发展现状 155
习题 156
参考文献 156

第8章磷酸燃料电池
8.1磷酸燃料电池的结构及工作原理 157
8.2磷酸燃料电池的特点 158
8.3磷酸燃料电池的发展现状 160
习题 162
参考文献 162

第9章质子交换膜燃料电池
9.1质子交换膜燃料电池的结构及工作原理 163
9.2质子交换膜燃料电池的特点 165
9.3质子交换膜燃料电池的发展现状 166
习题 169
参考文献 169

第10章熔融碳酸盐燃料电池
10.1熔融碳酸盐燃料电池的结构及工作原理 170
10.2熔融碳酸盐燃料电池的特点 171
10.3熔融碳酸盐燃料电池的发展现状 172
习题 173
参考文献 173

第11章固体氧化物燃料电池
11.1固体氧化物燃料电池的结构及工作原理 174
11.2固体氧化物燃料电池的特点 176
11.2.1固体氧化物燃料电池的优缺点 176
11.2.2固体氧化物燃料电池的分类 177
11.3固体氧化物燃料电池的发展现状 179
习题 183
参考文献 183

附录实验指导
实验1氢循环利用演示实验 184
实验2电解池阴极制氢反应催化电极催化性能测试 185
实验3储氢材料吸氢动力学性能及放氢PCT曲线的测试 187
实验4质子交换膜燃料电池单电池的组装及测试 189