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第1章 燃料电池概述 1

1.1燃料电池的历史回顾 1

1.1.1燃料电池的定义 1

1.1.2燃料电池的诞生及发展历程简介 2

1.2燃料电池基础 6

1.2.1燃料电池的工作原理 6

1.2.2燃料电池的特点 8

1.2.3燃料电池的种类 9

1.3燃料电池系统 16

1.3.1燃料电池堆 16

1.3.2热管理系统 18

1.3.3电力调节和转换系统 18

1.3.4控制系统 19

1.4燃料电池的应用 20

1.4.1固定发电站 21

1.4.2运输工具动力 25

1.4.3便携式电源 29

1.5能源、环境与燃料电池 31

1.5.1能源的概况 31

1.5.2化石能源的短缺和环境污染问题 32

1.5.3氢能与燃料电池 33

问题与讨论 34

第2章 燃料电池的热力学和动力学 35

2.1燃料电池的热力学 35

2.1.1理论效率的计算 35

2.1.2电池电动势与温度的关系 38

2.1.3电池电动势与压力的关系 39

2.2电极过程动力学 41

2.2.1极化与过电势 42

2.2.2活化过电势 43

2.2.3浓差过电势 46

2.2.4欧姆过电势 48

2.2.5燃料电池的极化曲线 48

2.3燃料电池效率 50

2.3.1燃料电池的实际效率 50

2.3.2燃料电池系统的实际效率 51

问题与讨论 52

第3章 质子交换膜燃料电池 54

3.1发展简史 54

3.2工作原理 59

3.3特点 61

3.4膜电极组件 61

3.5电极催化剂 62

3.5.1对催化剂的要求 62

3.5.2催化剂的选择 63

3.5.3催化剂的制备 65

3.5.4催化剂的结构和表征 67

3.6电极的结构 68

3.6.1电极的种类、组成和制备方法 68

3.6.2扩散层 68

3.6.3催化层的制备 72

3.7质子交换膜 77

3.7.1质子交换膜的功能 77

3.7.2Nafion膜的性能 78

3.7.3Nafion膜的问题 80

3.7.4Nafion膜的改进 80

3.8双极板和流场 84

3.8.1双极板的功能和要求 85

3.8.2双极板的材料 86

3.8.3流场 98

3.9电池组系统 100

3.9.1氢源 100

3.9.2氧源 101

3.9.3电池组的水管理 101

3.9.4电池组的热管理 102

3.10PEMFC商业化的问题 103

问题与讨论 104

第4章 直接醇类燃料电池 106

4.1直接醇类燃料电池的基本概念 106

4.1.1工作原理 106

4.1.2基本结构 107

4.1.3优点 110

4.2直接甲醇燃料电池的研发概况 111

4.2.1受到重视的原因 111

4.2.2发展概况 111

4.3直接甲醇燃料电池性能的改进 114

4.3.1阳极催化剂性能的改进 114

4.3.2阴极催化剂性能的改进 127

4.3.3质子交换膜 140

4.4甲醇替代燃料的研究 141

4.4.1研究甲醇替代燃料的原因 141

4.4.2直接甲酸燃料电池 142

4.4.3直接乙醇燃料电池 144

4.5直接醇类燃料电池的商业化前景 147

问题与讨论 148

第5章 碱性燃料电池 149

5.1工作原理 149

5.2优缺点 151

5.2.1优点 151

5.2.2缺点 152

5.3基本结构 152

5.3.1燃料和氧化剂 152

5.3.2电极 153

5.3.3催化剂中毒的原因及预防办法 163

5.3.4电极结构及制备 165

5.4电解质 168

5.4.1电解质材料 168

5.4.2电解质使用方法 168

5.5工作条件 172

5.5.1工作压力 172

5.5.2工作温度 172

5.5.3氧化剂的影响 173

5.5.4排水 173

5.5.5排热 174

5.5.6电池寿命 174

5.6研发和应用概况 174

5.6.1空间应用领域 174

5.6.2地面应用领域 175

问题与讨论 177

第6章 磷酸燃料电池 178

6.1工作原理 178

6.2基本结构 180

6.2.1电池系统 180

6.2.2单体电池 181

6.3工作条件对其性能的影响 191

6.3.1工作温度的影响 191

6.3.2反应气压力的影响 193

6.3.3燃料气中杂质的影响 194

6.3.4影响寿命的因素及改进方法 198

6.4发展概况 199

6.4.1发展原因 199

6.4.2磷酸燃料电池电站的发展概况 199

6.4.3电动车用磷酸燃料电池的发展概况 200

6.5商业化的展望 200

6.5.1降低成本 200

6.5.2提高使用寿命 202

6.5.3缩短启动时间 202

6.5.4提高催化剂性能 202

问题与讨论 203

第7章 熔融碳酸盐燃料电池 204

7.1熔融碳酸盐燃料电池的工作原理 205

7.2熔融碳酸盐燃料电池的隔膜材料 206

7.2.1隔膜材料的性能 206

7.2.2隔膜材料的制备 208

7.2.3熔融碳酸盐燃料电池的电解质 208

7.3熔融碳酸盐燃料电池的电极材料 209

7.3.1阳极材料 209

7.3.2阴极材料 210

7.4熔融碳酸盐燃料电池的结构 212

7.5操作条件对熔融碳酸盐燃料电池性能的影响 215

7.5.1压力的影响 216

7.5.2温度的影响 216

7.5.3反应气体组成及利用率对电池性能的影响 218

7.5.4燃料中杂质的影响 219

7.5.5电流密度和运行时间的影响 220

7.6熔融碳酸盐燃料电池的应用与发展现状 221

7.6.1熔融碳酸盐燃料电池的应用 221

7.6.2熔融碳酸盐燃料电池的发展现状 221

7.6.3熔融碳酸盐燃料电池商业化的障碍 224

问题与讨论 224

第8章 固体氧化物燃料电池 225

8.1固体氧化物燃料电池的工作原理 226

8.2固体氧化物燃料电池的电解质材料 229

8.2.1氧化锆基（ZrO2）电解质 230

8.2.2氧化铈基（CeO2）电解质 234

8.2.3氧化铋基（Bi2 O3）电解质 236

8.2.4钙钛矿基（LaGaO3）电解质 239

8.2.5六方磷灰石基［M10 （TO4）6O2］电解质 241

8.2.6钙铁石结构（A2 B2 O5）电解质 244

8.2.7质子传导电解质 247

8.3固体氧化物燃料电池的电极材料 250

8.3.1阳极材料 250

8.3.2阴极材料 254

8.4连接材料和密封材料 259

8.4.1连接材料 259

8.4.2密封材料 260

8.5固体氧化物燃料电池的结构与组成 261

8.5.1管式结构SOFC 262

8.5.2平板式结构SOFC 263

8.6单室固体氧化物燃料电池 264

8.6.1单室固体氧化物燃料电池的特点 265

8.6.2单室固体氧化物燃料电池的结构与组成 265

8.6.3单室固体氧化物燃料电池的工作原理 265

8.6.4单室固体氧化物燃料电池的研究现状 266

8.7固体氧化物燃料电池的发展现状与应用 270

8.7.1固体氧化物燃料电池的发展现状 270

8.7.2固体氧化物燃料电池的应用 272

问题与讨论 273

第9章 金属半燃料电池 274

9.1概述 274

9.1.1金属半燃料电池的工作原理 274

9.1.2金属半燃料电池的特点 275

9.1.3金属半燃料电池的分类 276

9.1.4金属半燃料电池的应用 277

9.2金属半燃料电池阳极材料 278

9.2.1锌阳极 278

9.2.2铝阳极 281

9.2.3镁阳极 284

9.3金属半燃料电池的结构与性能 287

9.3.1金属-空气半燃料电池 287

9.3.2金属-过氧化氢半燃料电池 293

9.3.3金属-海水中溶解氧半燃料电池 301

问题与讨论 304

第10章 直接碳燃料电池 305

10.1直接碳燃料电池的工作原理与电池结构 305

10.2直接碳燃料电池的特点 306

10.3碳的直接电化学氧化反应 308

10.3.1碳电化学氧化反应机理 308

10.3.2碳电化学氧化产物 309

10.4直接碳燃料电池的历史沿革 313

10.5直接碳燃料电池的研究现状 314

10.5.1以熔融碳酸盐为电解质直接碳燃料电池 314

10.5.2以熔融碱金属氢氧化物为电解质的直接碳燃料电池 316

10.5.3以固体氧化物为电解质的直接碳燃料电池 318

10.5.4采用固体氧化物和熔融碳酸盐双重电解质的杂化型直接碳燃料电池 320

10.6直接碳燃料电池的问题与展望 321

问题与讨论 323

第11章 直接硼氢化物燃料电池 324

11.1直接硼氢化物燃料电池的原理 325

11.2直接硼氢化物燃料电池的阳极催化剂 328

11.2.1硼氢化物的电氧化与水解 328

11.2.2金属催化剂 330

11.2.3储氢合金催化剂 331

11.3直接硼氢化物燃料电池的阴极催化剂 332

11.4直接硼氢化物燃料电池的结构 333

11.5直接硼氢化物燃料电池的应用与发展现状 336

11.5.1直接硼氢化物燃料电池的应用 336

11.5.2直接硼氢化物燃料电池与其他直接液体燃料电池的比较 337

11.5.3直接硼氢化物燃料电池的发展现状 338

11.5.4直接硼氢化物燃料电池面临的问题 342

问题与讨论 342

第12章 生物燃料电池 343

12.1生物燃料电池的概述 343

12.1.1生物燃料电池的工作原理 343

12.1.2生物燃料电池的特点 343

12.1.3生物燃料电池的分类 344

12.2微生物燃料电池 345

12.2.1微生物燃料电池的工作原理 345

12.2.2电子的传递方式 346

12.2.3产电微生物 348

12.2.4微生物燃料电池的电极 349

12.2.5阴极电子受体和催化剂 350

12.2.6隔膜和阳极燃料 351

12.2.7微生物燃料电池的结构 352

12.2.8影响微生物燃料电池性能的因素 353

12.3酶生物燃料电池 355

12.3.1酶的类型和电子传递方式 355

12.3.2酶生物燃料电池的类型 355

12.4生物燃料电池的发展与应用 359

12.4.1生物燃料电池的发展 359

12.4.2生物燃料电池的应用前景 359

问题与讨论 362

第13章 氢气的制备及储存 363

13.1氢气的制备 363

13.1.1水蒸气重整制氢 363

13.1.2不完全氧化制氢 365

13.1.3等离子体热裂解制氢 366

13.1.4煤气化制氢 367

13.1.5甲醇制氢 368

13.1.6电解水制氢 369

13.1.7热化学循环分解水制氢 370

13.1.8光催化分解水制氢 371

13.1.9生物制氢 372

13.1.10氢气的提纯 373

13.2氢气的储存 374

13.2.1气态存储 375

13.2.2液态存储 376

13.2.3可逆金属氢化物存储 377

13.2.4物理吸附储氢 385

13.2.5化合物存储 386

问题与讨论 388

参考文献 390