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