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1 概述1

1.1 燃料电池1

1.1.1 什么是燃料电池1

1.1.2 燃料电池的构造1

1.1.3 燃料电池(Fuel Cell)与电池(Battery)的区别1

1.2 燃料电池的特性2

1.2.1 燃料电池的优点2

1.2.2 燃料电池存在的问题5

1.3 燃料电池的发展6

1.4 燃料电池的类型、研究现状及应用7

参考文献9

2 电化学基础11

2.1 一般电化学基础11

2.1.1 基本概念11

2.1.2 电池与电极19

2.1.3 电池热力学23

2.1.4 电极过程动力学26

2.1.5 熔盐电池33

2.1.6 固体电解质电池35

2.2 燃料电池36

2.2.1 理想燃料电池36

2.2.2 实际燃料电池39

2.2.3 气体扩散电极42

2.2.4 利用率、气体组成对电池效率的影响43

2.2.5 燃料电池中的能量平衡46

2.2.6 燃料电池的效率47

参考文献51

3 碱性燃料电池53

3.1 绪言53

3.2.1 电极及催化剂54

3.2 AFC的构成、材料及制作技术54

3.2.2 电解质56

3.2.3 电池堆56

3.2.4 供气系统57

3.2.5 电流收集器58

3.2.6 排水系统58

3.2.7 余热冷却59

3.2.8 控制系统59

3.3 AFC的性能60

3.3.1 氧化剂的影响60

3.3.2 压力影响60

3.3.3 温度的影响61

3.3.4 寿命61

3.4.1 培根AFC系统62

3.4 AFC系统62

3.4.2 阿波罗AFC系统63

3.4.3 双子座飞船AFC系统63

3.4.4 零污染机动车公司AFC系统63

3.4.5 其它AFC系统65

3.5 结语66

参考文献66

4 磷酸燃料电池68

4.1 绪言68

4.2 PAFC的构成、材料及制作技术69

4.2.1 电极及催化剂69

4.2.2 衬底71

4.2.3 电解质72

4.2.4 基质74

4.2.5 分隔板75

4.2.7 冷却系统76

4.2.6 供气系统76

4.3 PAFC的性能81

4.3.1 温度的影响81

4.3.2 压力的影响83

4.3.3 反应气体组成及利用率的影响84

4.3.4 杂质的影响86

4.3.5 内阻的影响89

4.3.6 电流密度的影响90

4.3.7 燃料电池的寿命90

4.4 PAFC的效率93

参考文献95

5 熔融碳酸盐燃料电池96

5.1 绪言96

5.2 电池组成97

5.2.1 概述97

5.2.2 电池元件101

5.2.3 电池结构103

5.2.4 内部重整104

5.3 MCFC的性能107

5.3.1 压力的影响107

5.3.2 温度的影响108

5.3.3 反应气体组成及利用率对电池性能的影响110

5.3.4 杂质的影响112

5.3.5 电流密度116

5.3.6 运行时间117

5.4 MCFC的运行117

5.5 结语——MCFC发展的几个关键问题118

参考文献120

6 固体氧化物燃料电池122

6.1 绪言122

6.2.1 概述123

6.2 电池组成123

6.2.2 电池构件124

6.2.3 电池结构126

6.2.4 电池堆构型127

6.2.5 中温SOFC131

6.3 SOFC性能影响因素133

6.3.1 压力的影响133

6.3.2 温度的影响134

6.3.3 反应气体组成及利用率的影响135

6.3.4 杂质的影响139

6.3.5 电流密度的影响139

6.3.6 运行时间的影响140

6.4 结语140

参考文献141

7.1 绪言142

7 质子交换膜燃料电池142

7.2 电池组成143

7.2.1 概述143

7.2.2 电极144

7.2.3 电解质膜145

7.2.4 双极板150

7.3 PEMFC性能的影响因素150

7.3.1 温度的影响151

7.3.2 压力的影响151

7.3.3 燃料中一氧化碳的影响152

7.4 水管理153

7.5 直接甲醇燃料电池154

7.5.1 概述154

7.5.2 DMFC结构155

7.5.3 DMFC性能155

7.6 结语156

参考文献157

8 燃料电池的燃料159

8.1 绪言159

8.2 工业制氢162

8.3 氢的安全性164

8.4 天然气制氢165

8.4.1 天然气的性质166

8.4.2 天然气净化167

8.4.3 甲烷转化反应168

8.4.4 天然气蒸汽重整制氢172

8.4.5 天然气不完全氧化制氢180

8.4.6 内部重整183

8.5 碳氢化合物制氢184

8.6 甲醇重整制氢186

8.6.1 甲醇重整反应187

8.6.2 甲醇制氢189

8.6.3 轻便式重整器191

8.7 煤制氢193

8.7.1 煤气化制氢193

8.7.2 煤辅助水电解196

8.8 固体生物质制氢196

8.9 水制氢198

8.10 膜制氢199

8.10.1 钯膜渗透机理199

8.10.2 膜重整200

参考文献201

9 燃料电池应用Ⅰ——公用电源203

9.1 绪言203

9.2 燃料电池发电厂205

9.2.1 发展简史205

9.2.2 11MW PAFC发电厂206

9.2.3 5MW PAFC试验电厂207

9.2.4 1.3MW PAFC发电厂214

9.3 MCFC发电厂216

9.3.1 引言216

9.3.2 2MW MCFC电厂217

9.3.3 1000kW MCFC试验电厂220

9.3.4 40MW生物质燃料MCFC电厂模拟224

9.4 SOFC发电厂227

9.4.1 绪言227

9.4.2 威斯亭豪斯MW级开发项目227

9.4.3 直接内部重整SOFC联合供电供热系统230

9.4.4 煤燃料SOFC电厂232

参考文献235

10.1.1 电力供应——集中还是分散237

10.1 绪言237

10 燃料电池的应用Ⅱ——工作电站237

10.1.2 分散式电站238

10.1.3 燃料电池工作电站238

10.2 PAFC工作电站239

10.2.1 早期发展239

10.2.2 200kW PC25 PAFC电站240

10.2.3 PAFC电站在日本的发展243

10.2.4 PAFC电站运行中故障及消除252

10.3 MCFC工作电站253

10.3.1 MCFC工作电站在美国的发展253

10.3.2 MCFC工作电站在日本的发展256

10.3.3 MCFC工作电站在欧洲的发展257

10.4 SOFC工作电站258

10.4.1 小于25kW的SOFC259

10.4.2 100kW SOFC电站-EDB-ELSAM项目262

10.4.3 近期目标265

10.5 PEMFC工作电站266

参考文献267

11 燃料电池的应用Ⅲ——便携式电源270

11.1 绪言270

11.2 手提式电源271

11.2.1 EC-PowerPak-200型手提式电源271

11.2.2 三洋250W PAFC手提式电源272

11.2.3 BALLARDTM轻便电源274

11.2.4 PowerPEMTM轻便电源275

11.2.5 其它轻便电源276

11.3 微型电器用燃料电池电源277

11.3.1 引言277

11.3.2 电池堆设计277

11.4.1 简介280

11.4 通讯用轻便电源280

11.3.3 氢气供应280

11.4.2 系统构造281

11.4.3 系统可靠性282

11.5 教学用轻便燃料电池283

11.5.1 引言283

11.5.2 实验用AFC284

11.5.3 PEMFC实验系统286

11.6 军用便携式燃料电池电源288

11.6.1 引言288

11.6.2 便携式燃料电池的应用290

11.6.3 近期前景290

11.7 便携式电源的氢气储存方法291

11.7.1 引言291

11.7.2 压缩氢气291

11.7.3 储氢合金292

11.7.4 活泼金属氢化物294

11.7.5 储氢方法比较295

11.7.6 纳米碳管储氢296

参考文献297

12 燃料电池应用Ⅳ——电动交通工具299

12.1 绪言299

12.2 燃料电池汽车的环境意义300

12.3 燃料电池动力机动车的早期发展302

12.3.1 引言302

12.3.2 通用汽车公司Electrovan客车303

12.3.3 科尔迪什燃料电池-蓄电池混合型轿车304

12.3.4 蓄电池的改进306

12.4 燃料电池技术的变迁308

12.5 AFC动力车310

12.5.1 电化学能源公司AFC系统310

12.5.2 尤里卡巴士计划311

12.6 PAFC动力机动车312

12.6.1 燃料电池交通工具发展计划312

12.6.2 PAFC城市巴士计划313

12.7 PEMFC动力机动车315

12.7.1 保拉德研究开发计划316

12.7.2 美国能源部PEMFC电动车计划320

12.7.3 安萨尔多燃料电池机动车计划322

12.7.4 其它机动车研究开发323

12.8 PEMFC用于军舰及潜艇324

12.8.1 军舰和潜艇对PEMFC的需求324

12.8.2 潜艇325

12.8.3 海面舰艇326

参考文献327

附录1 缩略语329

附录2 燃料电池研究机构网址333