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 PAFC 156
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DMFC 378
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SOFC 494
7.6.1 电解质膜支撑型平板SOFC 495
7.6.2 阳极支撑型平板SOFC 500
7.6.3 以醇或甲烷为燃料的平板SOFC 505
7.7 管型SOFC 509
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