新能源车用燃料电池应用技术--质子交换膜燃料电池催化剂浆料制备与应用

第1章 质子交换膜燃料电池催化剂浆料的组成、特点和发展趋势
1.1 概述 001
1.1.1 燃料电池的研究现状 001
1.1.2 燃料电池的发展简史和分类 002
1.1.3 质子交换膜燃料电池的工作原理 003
1.1.4 质子交换膜燃料电池的催化层 005
1.1.5 质子交换膜燃料电池的催化剂浆料 005
1.2 质子交换膜燃料电池催化剂浆料的组成 007
1.2.1 载体 007
1.2.2 催化剂 011
1.2.3 离子聚合物 016
1.2.4 分散介质 018
1.3 质子交换膜燃料电池催化剂浆料的特点 019
1.3.1 I/C比 019
1.3.2 催化剂浆料的微观结构 020
1.3.3 催化剂浆料的可加工性 021
1.4 质子交换膜燃料电池催化剂浆料的制备和应用发展趋势 022
参考文献 024

第2章 催化剂浆料的分散
2.1 催化剂浆料分散特性 030
2.1.1 催化剂浆料分散的需求 030
2.1.2 催化剂浆料分散制备存在的问题 032
2.2 颗粒的分散 034
2.2.1 颗粒分散过程 034
2.2.2 催化剂颗粒分散特征 037
2.2.3 颗粒与流体之间的关系 038
2.2.4 颗粒在液相中的分散与调控 042
2.2.5 颗粒在液相中分散的主要影响因素 046
2.3 催化剂浆料分散制备方法 048
2.3.1 机械搅拌 048
2.3.2 超声分散 050
2.3.3 球磨分散 053
参考文献 055

第3章 催化剂浆料内部组分间的相互作用
3.1 离聚物的溶剂化作用 060
3.1.1 离聚物的性质 060
3.1.2 离聚物对溶剂的表面活性 062
3.1.3 离聚物的溶解 064
3.1.4 离聚物的解离 066
3.1.5 离聚物的浓度影响 069
3.2 溶剂与催化剂相互作用 071
3.2.1 溶剂与碳载体间的相互作用 071
3.2.2 溶剂对碳载体的润湿行为 073
3.2.3 碳载体的结构形貌影响 073
3.2.4 溶剂与Pt金属颗粒间的相互作用 075
3.3 离聚物与催化剂的相互作用 076
3.3.1 碳载体对离聚物的吸附作用 077
3.3.2 碳载体的比表面积影响 079
3.3.3 碳载体的石墨化程度影响 080
3.3.4 碳载体的表面官能团影响 081
3.3.5 铂颗粒对离聚物的吸附作用 082
3.4 催化剂浆料各组分间的相互作用 083
3.4.1 离聚物在催化剂浆料中的行为 083
3.4.2 催化剂浆料中团簇颗粒凝聚行为 084
3.4.3 催化剂浆料的微观结构 085
参考文献 088

第4章 催化剂浆料的稳定性
4.1 浆料团簇的沉降过程 091
4.1.1 浆料团簇的沉降理论 091
4.1.2 浆料团簇的扩散 092
4.1.3 浆料团簇沉降-扩散平衡 094
4.2 浆料团簇的团聚 095
4.2.1 催化剂浆料团簇的迁移理论 095
4.2.2 浆料团簇间相互作用 106
4.2.3 浆料团簇的分形结构 115
4.3 浆料中新物质的产生及影响 120
4.3.1 新物质的产生 120
4.3.2 新物质对浆料稳定性的影响 121
4.4 浆料稳定性的调控 122
4.4.1 组分调控 122
4.4.2 添加剂调控 126
4.4.3 制备工艺调控 128
参考文献 130

第5章 催化剂浆料的建模方法
5.1 密度泛函理论 136
5.1.1 基本理论 136
5.1.2 交换关联近似与泛函 137
5.1.3 分子的构型优化 138
5.1.4 簇模型和周期平板模型 140
5.1.5 密度泛函理论的应用 141
5.2 格子玻尔兹曼法 142
5.2.1 格子玻尔兹曼法的基础理论 142
5.2.2 格子玻尔兹曼法的作用力模型 144
5.2.3 格子玻尔兹曼法的初始和边界条件 147
5.2.4 多相和多组分流体的格子玻尔兹曼法 150
5.2.5 格子玻尔兹曼法的应用 152
5.3 分子动力学模拟法 159
5.3.1 分子动力学模拟的基本理论 159
5.3.2 分子动力学模拟常用的分子力场 159
5.3.3 分子动力学模拟的技巧 161
5.3.4 分子动力学模拟的流程 166
5.3.5 分子动力学模拟法的应用 169
5.4 颗粒离散元法 171
5.4.1 颗粒离散元法基本原理 171
5.4.2 颗粒离散元法求解过程 172
5.4.3 颗粒离散元模拟方法特点 173
5.4.4 颗粒离散元法的应用 174
参考文献 176

第6章 催化剂浆料的成膜技术及单电池性能研究
6.1 狭缝涂布 180
6.1.1 狭缝涂布简介 180
6.1.2 狭缝涂布原理 181
6.1.3 狭缝涂布的影响因素 190
6.1.4 狭缝涂布制备催化剂涂敷膜 193
6.2 超声喷涂 195
6.2.1 超声喷涂简介 195
6.2.2 超声喷涂原理 196
6.2.3 超声喷涂的影响因素 201
6.2.4 超声喷涂制备催化剂涂敷膜 203
6.3 膜电极技术简介 205
6.3.1 质子交换膜 206
6.3.2 催化层 206
6.3.3 扩散介质层 207
6.3.4 层间界面 209
6.3.5 边框密封结构 210
6.4 单电池测试技术 217
6.4.1 燃料电池的极化原理与测试方法 217
6.4.2 电化学表征方法及实例 223
6.4.3 电化学隔离加速测试方法 226
6.4.4 动态隔离工况加速 226
参考文献 234

第7章 基于资质催化剂浆料的质子交换膜燃料电池堆应用实例
7.1 燃料电池电堆技术简介 238
7.1.1 电堆的组件与设计 238
7.1.2 电堆力学分析 241
7.1.3 电堆装配流程与方法 246
7.2 千瓦级电堆基于乘用车NEDC 工况的耐久性验证及衰减分析 254
7.2.1 电堆准备、测试条件及工况介绍 254
7.2.2 电堆性能衰减行为分析 255
7.2.3 电堆性能衰减机理分析 257
7.3 百千瓦级电堆耐久性验证与应用 271
7.3.1 百千瓦级电堆基本性能测试 271
7.3.2 氢燃料电池重型载货车工况耐久性验证 273
7.3.3 氢燃料电池机车工况耐久性测试 275
7.3.4 氢燃料混合动力机车应用案例 276
参考文献 277