第1章 緒論

第2章 效率和開路電壓

第3章 燃料電池工作電壓

第4章 質子交換膜燃料電池(PEMFC)

第5章 堿性燃料電池

第6章 直接甲醇燃料電池(DMFC)

第7章 中高溫燃料電池

第8章 燃料電池的燃料供應

第9章 壓縮機、渦輪機、噴射器、鼓風機、吹風機和泵

第10章 燃料電池電力傳輸

第11章 燃料電池系統分析

附錄 2100433B

本書首先對燃料電池的基本原理、種類和應用作概述性的介紹。隨后詳細介紹主要類型的燃料電池、技術發展前景、燃料電池操作和熱力學性能、燃料處理以及氫的存儲和生產。

該書是《可再生能源開發應用技術叢書》之一。該書首先對燃料電池的基本原理、種類和應用作了概括性的介紹，使讀者對燃料電池有一個清晰的了解。隨后詳細介紹主要類型的燃料電池、技術發展前景、燃料電池操作和熱力學性能、燃料處理以及氫的存儲和生產。對燃料電池系統組件例，如壓縮機、渦輪機、電動機、直流電壓轉換器、逆變器、并網、燃料電池/電池或超電容混合系統與燃料電池車的動力鏈和從油井倒車輪的全過程分析等也進行了比較詳細的論述。書中不但給出了燃料電池系統的模型、設計和工藝。而且還選擇一些應用實例對其進行說明，使讀者對該類型的燃料電池有更深入的了解。本書結構新穎，內容深入淺出，實用性強，可供普通高校化工類、應用化學類專業學生和研究生學習參考，也可作為電氣、能源、化學和汽車領域的技術及研究人員的參考和指導用書。

第1章緒論1

1.1氫燃料電池基本原理1

1.2是什么限制了電流4

1.3把電池串聯起來――雙極板5

1.4供氣和冷卻7

1.5燃料電池的分類11

1.6其他類型的電池13

1.6.1生物燃料電池13

1.6.2金屬"para" label-module="para">

1.6.3氧化還原液流電池和可再生燃料電池14

1.7燃料電池系統的其他部分15

1.8比較各電池系統用的參數17

1.9優點和應用18

參考文獻19第2章效率和開路電壓20

2.1氫氣燃料電池的能量和電動勢(EMF)20

2.2其他燃料電池和普通電池的開路電壓23

2.3效率和效率極限24

2.4效率和燃料電池電壓27

2.5氣體濃度和壓力的影響28

2.5.1能斯特公式28

2.5.2氫氣分壓30

2.5.3燃料和氧化劑的利用率31

2.5.4系統壓力31

2.5.5應用――血液中酒精含量的測定32

2.6總結33

參考文獻34第3章燃料電池工作電壓35

3.1引言35

3.2相關術語36

3.3燃料電池的不可逆性――電壓降的原因37

3.4活化損失38

3.4.1Tafel公式38

3.4.2Tafel公式中的常量39

3.4.3降低活化過電壓42

3.4.4活化過電壓總結42

3.5燃料穿透和內部短路電流43

3.6歐姆損失45

3.7傳質與濃度損失46

3.8不可逆性的綜合考慮48

3.9雙電層49

3.10區分各種不可逆性50

參考文獻53XiVXV第4章質子交換膜燃料電池(PEMFC)55

4.1引言55

4.2聚合物電解質是如何工作的57

4.3電極和電極結構59

4.4 PEMFC的水管理62

4.4.1總論62

4.4.2空氣流動和水蒸發64

4.4.3PEMFC的空氣濕度66

4.4.4不經另外加濕的PEMFC操作68

4.4.5外部加濕――原理70

4.4.6外部加濕――方法72

4.5PEMFC的冷卻和空氣供給74

4.5.1陰極空氣冷卻法74

4.5.2反應空氣與冷卻空氣分離法75

4.5.3PEMFC的水冷卻法76

4.6PEMFC的內部連接――雙極板77

4.6.1引言77

4.6.2雙極板上的流場形式78

4.6.3制作PEMFC的雙極板79

4.6.4電池堆的其他布局方式82

4.7操作壓力84

4.7.1概述84

4.7.2高壓操作性價比簡單分析86

4.7.3影響壓力選擇的其他因素89

4.8反應物組成91

4.8.1一氧化碳中毒91

4.8.2甲醇和其他液體燃料92

4.8.3用純氧代替空氣作為氧化劑92

4.9系統實例93

4.9.112W的小型系統93

4.9.22kW的中型系統94

4.9.3205kW的燃料電池發動機97

參考文獻98第5章堿性燃料電池100

5.1歷史背景及綜述100

5.1.1基本原理100

5.1.2歷史地位100

5.1.3主要優點101

5.2堿性燃料電池的類型103

5.2.1循環式電解質堿性燃料電池103

5.2.2固定式電解質堿性燃料電池105

5.2.3可溶解燃料堿性燃料電池106

5.3工作壓力和溫度108

5.4堿性電解質燃料電池的電極111

5.4.1引言111

5.4.2燒結鎳雙孔電極111

5.4.3雷尼金屬112

5.4.4滾壓電極112

5.5電池的連接113

5.6問題與改進114

參考文獻115第6章直接甲醇燃料電池（DMFC）117

6.1引言117

6.2陽極反應和催化劑119

6.2.1DMFC總反應119

6.2.2堿性DMFC的陽極反應119

6.2.3質子交換膜DMFC的陽極反應120

6.2.4陽極燃料供給121

6.2.5陽極催化劑122

6.3電解質和燃料穿透123

6.3.1燃料穿透是如何發生的123

6.3.2降低燃料穿透的常規技術124

6.3.3正在發展的抗燃料穿透技術125

6.4陰極反應和催化劑126

6.5甲醇的制備、儲存和安全126

6.5.1甲醇的制備126

6.5.2甲醇的安全性127

6.5.3甲醇與乙醇的比較129

6.5.4甲醇的儲存130

6.6DMFC的應用130

參考文獻133XViXVii第7章中高溫燃料電池136

7.1引言136

7.2一般特征137

7.2.1燃料重整概述137

7.2.2燃料利用率139

7.2.3底循環140

7.2.4熱交換器的應用――放射本能和夾點技術145

7.3磷酸燃料電池（PAFC）148

7.3.1工作原理148

7.3.2PAFC的工作性能151

7.3.3PAFC的最新發展動態153

7.4熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）156

7.4.1工作原理156

7.4.2使用熔融碳酸鹽電解質的條件158

7.4.3MCFC里的電池組件159

7.4.4電池堆的配置與密封163

7.4.5內部重整165

7.4.6MCFC的工作性能166

7.4.7實際應用的MCFC系統169

7.5固體氧化物燃料電池（SOFC）174

7.5.1工作原理174

7.5.2SOFC電池組件176

7.5.3SOFC的實際設計和電池堆布局180

7.5.4SOFC的工作性能185

7.5.5SOFC聯合循環、新穎的系統設計和混合系統186

7.5.6中溫 SOFC189

參考文獻190第8章燃料電池的燃料供應194

8.1引言194

8.2化石燃料196

8.2.1石油196

8.2.2混合物中的石油：瀝青砂、油頁巖、氣體水合物和液化石油氣(LPG)198

8.2.3煤和煤氣198

8.2.4天然氣200

8.3生物燃料201

8.4燃料處理基礎202

8.4.1燃料電池對燃料的要求202

8.4.2脫硫203

8.4.3蒸汽重整204

8.4.4碳的形成和預重整207

8.4.5內部重整209

8.4.6直接氧化碳氫化合物210

8.4.7部分氧化和自熱重整211

8.4.8碳氫化合物高溫分解或熱裂解制氫212

8.4.9燃料進一步處理――除去一氧化碳212

8.5燃料處理系統的實際應用――固定式電源214

8.5.1傳統工業蒸汽重整214

8.5.2蒸汽重整型PEMFC和PAFC電廠的天然氣進料系統設計215

8.5.3重整器和部分氧化反應器的設計217

8.6燃料處理系統的實際應用――移動式應用224

8.6.1概述224

8.6.2車用甲醇重整工藝225

8.6.3微型甲醇反應器227

8.6.4汽油重整229

8.7電解器230

8.7.1電解器的操作230

8.7.2電解器的應用231

8.7.3電解器效率232

8.7.4高壓制氫232

8.7.5光"para" label-module="para">

8.8 生物制氫234

8.8.1引言234

8.8.2光合作用235

8.8.3發酵工藝制氫236

XViiiXiX8.9貯氫Ⅰ――以氫的形式儲存237

8.9.1引言237

8.9.2安全問題237

8.9.3以壓縮氣體形式貯氫239

8.9.4液態貯氫241

8.9.5可逆金屬氫化物貯氫243

8.9.6碳納米纖維245

8.9.7貯氫方法的比較248

8.10貯氫Ⅱ――化學方法249

8.10.1引言249

8.10.2甲醇250

8.10.3堿金屬氫化物251

8.10.4硼氫化鈉252

8.10.5氨256

8.10.6儲存方法比較258

參考文獻259第9章壓縮機、渦輪機、噴射器、鼓風機、吹風機和泵263

9.1引言263

9.2壓縮機――使用類型263

9.3壓縮機效率266

9.4壓縮機功率267

9.5壓縮機性能圖268

9.6離心式壓縮機的性能圖271

9.7壓縮機選擇――實際問題272

9.8渦輪機273

9.9渦輪增壓器276

9.10噴射循環器276

9.11鼓風機和吹風機277

9.12隔膜泵或膜片泵279

參考文獻280第10章燃料電池電力傳輸281

10.1引言281

10.2DC調節和電壓轉換282

10.2.1開關裝置282

10.2.2開關調節器284

10.3逆變器288

10.3.1單相288

10.3.2三相291

10.3.3調整要點和費用292

10.3.4功率因素校正295

10.4電動機296

10.4.1通常觀點296

10.4.2感應電動機297

10.4.3無刷DC電動機299

10.4.4開關磁阻電動機301

10.4.5電動機效率303

10.4.6電動機質量305

10.5燃料電池/電池或電容混合系統306

參考文獻310第11章燃料電池系統分析312

11.1引言312

11.2能量系統312

11.3燃料生產到使用全程分析314

11.3.1從油井到車輪的分析314

11.3.2油井到油箱的分析315

11.3.3通用汽車公司（GM）燃料生產到使用全程研究的主要結論316

11.4動力鏈或驅動鏈分析318

11.5實例系統Ⅰ――PEMFC動力公共汽車319

11.6實例系統Ⅱ――用天然氣作為燃料的固定系統324

11.6.1引言324

11.6.2流程圖和系統的初步設計324

11.6.3詳細的工程設計328

11.6.4進一步的系統分析329

11.7結束語330

參考文獻331XX

附錄A摩爾吉布斯自由能變的計算332

A.1氫燃料電池332

A.2一氧化碳燃料電池334

參考文獻335

附錄B燃料電池相關公式336

B.1引言336

B.2氧氣和空氣的用量336

B.3出口空氣流速338

B.4氫氣的用量338

B.5水的生成速率339

B.6生成的熱能339

2100433B

單獨的燃料電池電堆不能用于發電，它必須和燃料供給與循環系統、氧化劑供給系統、水/熱管理系統、控制系統等組成燃料電池發電系統，才能對外輸出功率。

燃料電池系統的主要研究熱點包括：使用輕質材料，優化設計，提高燃料電池系統的比功率；提高PEMFC系統快速冷啟動能力和動態響應性能；研究具有負荷跟隨能力的燃料處理器；對電池或超級電容、氫氣存儲進行系統優化設計，提高系統的效率和調峰能力，回收制動能量等。