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