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第1章 燃料电池概述5

1.1 原理、特点、分类与应用5

1.1.1 原理5

1.1.2 特点6

1.1.3 分类7

1.1.4 应用8

1.2 电化学热力学9

1.2.1 电池电动势与Nernst方程9

1.2.2 电极电势与标准氢电极13

1.3 电极过程动力学15

1.3.1 法拉第定律与电化过程速度15

1.3.2 极化16

1.4.1 原理与要求22

1.4 多孔气体扩散电极22

1.4.2 结构与功能24

1.5 电催化与电催化剂28

1.5.1 原理与特点28

1.5.2 电催化剂简介30

1.6 电解质与隔膜39

1.6.1 电解质39

1.6.2 多孔膜40

1.6.3 无孔膜——固体电解质43

1.7 双极板与流场44

1.7.1 双极板的功能与要求44

1.7.2 双极板材料45

1.7.3 流场46

1.8 电池组的相关技术47

1.8.1 电池组的总体设计47

1.8.2 电池组内的气体分配49

1.8.3 电池组的水、热管理52

1.9 燃料电池系统56

1.10 燃料电池的效率58

参考文献61

第2章 碱性燃料电池62

2.1 原理与概况62

2.1.1 原理62

2.1.2 概况63

2.2 电催化剂与电极及其制备工艺70

2.2.1 电催化剂70

2.2.2 电极结构与制备工艺71

2.3 石棉膜75

2.4 双极板与流场77

2.5 单池结构与密封78

2.6 排水80

2.6.1 动态排水80

2.6.2 静态排水83

2.7 电池组结构与相关技术84

2.7.1 密封与自紧装置86

2.7.2 并串联与内增湿87

2.7.3 分室结构90

2.8 操作条件对电池性能的影响92

2.8.1 反应气工作压力对电池性能的影响92

2.8.2 电池工作温度对电池性能的影响93

2.8.3 静态排水电池水腔真空度对电池性能的影响94

2.8.4 反应气中杂质气体的影响95

2.8.5 单池的伏－安曲线与电池效率96

2.9.1 电池组伏－安特性97

2.9 电池组性能97

2.9.2 负载特性与短路对电池性能的影响98

2.9.3 电池组的并联100

2.10 电池系统101

2.10.1 水的回收与净化分系统101

2.10.2 排热分系统105

2.10.3 电压调整分系统106

2.10.4 电池控制分系统107

2.10.5 电池系统的流程108

2.11 电池系统的性能111

2.11.1 电池系统寿命111

2.11.2 电池系统的能量效率112

2.11.3 电池系统的热平衡114

2.11.4 电池系统的贮存与多次启动115

2.12 氢氧燃料电池系统质量的优化117

2.13 自由介质型碱性燃料电池120

2.13.1 Bacon型碱性燃料电池120

2.13.2 石棉膜作细孔层的自由介质碱性燃料电池121

参考文献129

第3章 磷酸型燃料电池131

3.1 原理与技术状态131

3.1.1 原理131

3.1.2 PAFC的技术状态132

3.2 PAFC结构材料133

3.2.1 电催化剂133

3.2.2 电极结构与制备工艺138

3.2.3 碳化硅多孔隔膜140

3.2.4 双极板141

3.3.1 电池结构与密封142

3.3 PAFC结构与电池组142

3.3.2 电解质的管理143

3.3.3 电池组排热145

3.4 PAFC性能148

3.4.1 性能与进展148

3.4.2 操作条件对电池性能的影响150

3.4.3 反应气中杂质对电池性能的影响152

3.5 PAFC系统154

3.5.1 主要分系统155

3.5.2 200kW PAFC156

参考文献159

4.1 概述160

4.1.1 工作原理160

第4章 质子交换膜燃料电池160

4.1.2 发展简史161

4.1.3 特点与用途161

4.2 电催化剂的制备与表征162

4.2.1 Pt/C电催化剂162

4.2.2 Pt/C电催化剂中Pt的分散度对电池性能的影响167

4.2.3 抗CO电催化剂171

4.2.4 Pt-M/C氧电化学还原电催化剂176

4.3 电极181

4.3.1 扩散层181

4.3.2 厚层憎水催化层电极184

4.3.3 薄层亲水催化层电极188

4.3.4 超薄催化层电极191

4.3.5 双层催化层电极193

4.4 质子交换膜196

4.4.1 全氟质子交换膜197

4.4.2 以PTFE多孔膜为基底的复合膜202

4.4.3 部分氟化的质子交换膜206

4.4.4 非氟化的质子交换膜209

4.4.5 烃类质子交换膜降解机理与复合膜212

4.4.6 无机酸与树脂的共混膜216

4.5 双极板与流场220

4.5.1 石墨双极板221

4.5.2 金属双极板224

4.5.3 复合双极板227

4.5.4 流场228

4.6 单池230

4.6.1 膜电极“三合一”组件的制备231

4.6.2 密封结构232

4.6.3 单池结构与性能234

4.6.4 评价装置与运行条件237

4.7 电池组245

4.7.1 电池组设计原则与组装246

4.7.2 电池组的水管理251

4.7.3 电池组的热管理267

4.7.4 电池组与性能269

4.7.5 电池组失效的原因275

4.8 电池系统280

4.8.1 氢源281

4.8.2 氧化剂供给288

4.8.3 电池系统的控制289

4.8.4 电的管理293

4.8.5 电池系统的效率294

4.9 质子交换膜燃料电池模型研究295

4.9.1 机理模型概述296

4.9.2 机理模型301

4.9.3 经验模型308

4.10 质子交换膜燃料电池的应用311

4.10.1 电动车动力源311

4.10.2 燃料电池电动车的样车简介315

4.10.3 用作可移动电源、家庭电源与分散电站324

4.10.4 作为水下机器人、潜艇不依赖空气推进的电源328

参考文献330

第5章 直接醇类燃料电池336

5.1 概述336

5.2.1 阳极电催化剂340

5.2 电催化剂340

5.2.2 阴极电催化剂343

5.3 电极347

5.3.1 扩散层348

5.3.2 催化层349

5.4 质子交换膜351

5.4.1 低透醇的质子交换膜351

5.4.2 全氟磺酸树脂与无机物共混膜354

5.4.3 磷酸搀杂的聚苯并咪唑（PBI）膜357

5.5 MEA制备与双极板360

5.5.1 MEA制备360

5.5.2 双极板与流场361

5.6 单电池361

5.6.1 单电池结构与评价装置362

5.6.2 Nafion膜厚度对电池性能的影响364

5.6.3 双层催化层电极对电池性能的影响366

5.6.4 甲醇浓度与进料方式对电池性能的影响368

5.7 电池组与电池系统370

5.7.1 压滤机型电池组371

5.7.2 电池系统376

5.7.3 集成式微型DMFC378

5.8 DMFC的应用380

参考文献382

第6章 熔融碳酸盐燃料电池385

6.1 工作原理385

6.2 电池隔膜387

6.2.1 偏铝酸锂粉料与隔膜概述387

6.2.2 偏铝酸锂粉料的制备389

6.2.3 偏铝酸锂隔膜的制备393

6.2.4 LiAlO2隔膜的性能与表征395

6.3 电极399

6.3.1 阴极399

6.3.2 阳极402

6.3.3 电极制备方法403

6.3.4 隔膜与电极的孔匹配404

6.4 双极板405

6.5 电池结构407

6.6 电池性能410

6.6.1 评价装置410

6.6.2 电池的首次启动升温411

6.6.3 单池性能412

6.6.4 电池组性能413

6.6.5 操作条件对电池性能的影响418

6.7 MCFC试验电站421

参考文献425

第7章 固体氧化物燃料电池428

7.1 概述428

7.1.1 固体氧化物燃料电池的工作原理428

7.1.2 SOFC的结构类型及其特点429

7.1.3 SOFC的国内外研究与开发现状431

7.2 SOFC电解质材料433

7.2.1 概述433

7.2.2 ZrO2基固体氧化物436

7.2.3 钙钛矿型复合金属氧化物448

7.2.4 CeO2基固体氧化物459

7.3 SOFC电极材料468

7.3.1 阳极材料468

7.3.2 阴极材料475

7.4 SOFC双极连接材料483

7.4.1 铬酸镧（LaCrO3）484

7.4.2 金属双极板材料490

7.5 SOFC密封材料492

7.6 平板型SOFC494

7.6.1 电解质膜支撑型平板SOFC495

7.6.2 阳极支撑型平板SOFC500

7.6.3 以醇或甲烷为燃料的平板SOFC505

7.7 管型SOFC509

7.7.1 管型SOFC结构与制备509

7.7.2 操作参数对电池性能的影响511

7.7.3 管型SOFC分散电站515

参考文献516

回顾与展望521

附录英汉关键词对照表525