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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SOFC 131

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SOFC 259

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AFC 284

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