目录 1
第1章 导论 1
1.1 化石能源短缺与汽车 1
1.2 环境要求 2
1.3 可持续发展的压力 4
1.3.1 能源安全 4
1.3.2 经济发展的需要 5
1.3.3 新的经济增长点 5
1.4 氢能是能源历史的必然 9
1.5 氢能发展史 10
1.6 永恒的能源：氢能 13
1.6.1 氢和电力、蒸汽的比较 13
1.6.2 核聚变 14
1.6.3 为什么氢是永恒的能源 17
第2章 氢的发现 19
2.1 氢的发现过程 19
2.1.1 氢从何而来 19
2.1.2 氢发现简史 19
2.2.1 地球上的氢 20
2.2.2 空间中的氢 20
2.2 氢的分布 20
2.2.3 人体中的氢 21
2.3 氢的性质 21
2.3.1 氢的原子结构和分子结构 21
2.3.2 氢的物理性质 21
2.3.3 氢的化学性质 24
2.3.4 氢键 26
2.3.5 正氢和仲氢 26
2.4.1 气体氢 28
2.4.2 液体氢 28
2.4 氢的形态 28
2.4.3 固体氢 30
2.5 氢的实验室制备 31
2.5.1 制备方法 31
2.5.2 实验装置 31
2.6 氢的能源特性 32
2.7 氢的同位素 33
2.7.1 氢同位素的发现 33
2.7.2 氢同位素的性质 34
2.7.3 氢同位素的用途 35
2.8.1 分数氢的提出 36
2.8 “分数氢” 36
2.8.2 分数氢理论对重大理论提出挑战 37
2.8.3 来自科学界的两种对立观点 38
2.8.4 分数氢理论展望 40
第3章 用水制氢 41
3.1 水电解制氢 41
3.1.1 电解水制氢的基本原理 41
3.1.2 水电解的能量与物料平衡 47
3.1.3 水电解制氢装置 48
3.1.4 重水电解 57
3.1.6 压力电解 58
3.1.5 煤水电解制氢 58
3.2 热化学制氢 60
3.2.1 为什么要研究热化学制氢 60
3.2.2 热化学制氢的历史 61
3.2.3 热化学制氢现状 61
3.2.4 热化学循环体系的选择 64
3.2.5 热化学制氢的国内现状 65
3.2.6 热化学制氢的展望 65
3.3.2 高温热解水制氢的难点 68
3.3.1 高温热解水制氢原理 68
3.3 高温热解水制氢 68
3.3.3 高温热解水制氢前景 69
第4章 化石能源制氢 70
4.1 煤制氢 72
4.1.1 传统煤制氢技术 73
4.1.2 我国煤炭气化制氢现状 74
4.1.3 煤制氢零排放技术 78
4.1.4 煤炭气化制氢用途的发展 80
4.2.1 天然气水蒸气重整制氢 81
4.2 气体原料制氢 81
4.2.2 天然气部分氧化重整制氢 85
4.2.3 天然气催化热裂解制造氢气 86
4.2.4 天然气制氢气新方法 86
4.3 液体化石能源制氢 86
4.3.1 甲醇裂解-变压吸附制氢技术 87
4.3.2 甲醇重整 88
4.3.3 以轻质油为原料制氢 88
4.3.4 以重油为原料部分氧化法制取氢气 89
第5章 生物质制氢 90
5.1.1 生物制氢发展历程 91
5.1 微生物转化技术 91
5.1.2 生物制氢方法比较 92
5.1.3 生物制氢技术现状 93
5.1.4 生物制氢前景 97
5.2 热化工转化技术 97
5.2.1 热化工转化技术发展史 97
5.2.2 固体燃料的气化 97
5.2.3 生物质热解 103
5.2.4 热化工转化优缺点 104
5.3 国际生物质利用简况 106
5.4 我国生物质利用设想 108
5.4.1 农村的生物质利用 108
5.4.2 国民经济中的大生物质能 109
第6章 其他制氢方法 111
6.1 烃类分解生成氢气和炭黑的制氢方法 111
6.2 氨裂解制氢 112
6.3 新型氧化物材料制氢 112
6.4 NaBH4的催化水解制氢 113
6.4.1 基本原理及装置介绍 113
6.5 硫化氢分解制氢 115
6.4.2 存在的问题 115
6.5.1 硫化氢分解反应基础知识 116
6.5.2 硫化氢分解方法 117
6.5.3 主要研究方向 120
6.6 太阳能直接光电制氢 121
6.7 辐射性催化剂制氢 122
6.8 各种化工过程副产氢气的回收 122
6.9 电子共振裂解水 122
6.10 陶瓷和水反应制取氢气 122
7.1 氢气中的杂质 124
第7章 氢的纯化 124
7.2 为什么要纯化氢 125
7.2.1 能源工业要求 125
7.2.2 现代工业的要求 126
7.2.3 在电子工业中的应用 127
7.3 氢的实验室纯化方法 127
7.3.1 纯化方法概述 127
7.3.2 实验室催化纯化 127
7.3.3 实验室聚合物膜扩散法 127
7.3.4 实验室金属氢化物法 131
7.4.1 低温吸附法 132
7.4 氢的工业纯化方法 132
7.4.3 工业化变压吸附 133
7.4.2 工业化低温分离 133
7.4.4 工业化无机膜分离 136
第8章 太阳能-氢能系统 139
8.1 什么是太阳能 139
8.2 如何从太阳能得到氢 140
8.2.1 太阳能电解水制氢 140
8.2.3 太阳能光化学制氢 141
8.2.4 太阳能直接光催化制氢 141
8.2.2 太阳能热化学制氢 141
8.2.5 太阳能热解水制氢 144
8.2.6 光合作用制氢 144
8.3 太阳能-氢能系统 145
8.3.1 太阳能-氢能系统 145
8.3.2 尝试太阳能-氢能系统 145
8.4 太阳-氢能系统的科学性、经济性 146
8.4.1 太阳-氢能系统的科学性 146
8.4.2 太阳-氢能系统的经济性 147
9.2.1 加压气态储存 148
9.2 目前储氢技术 148
9.1 氢能工业对储氢的要求 148
第9章 氢的储存 148
9.2.2 液化储存 149
9.2.3 金属氢化物储氢 150
9.2.4 非金属氢化物储存 153
9.2.5 目前储氢技术与实用化的距离 154
9.3 储氢研究动向 155
9.3.1 高压储氢技术 155
9.3.2 新型储氢合金 155
9.3.3 有机化合物储氢 156
9.3.4 碳凝胶 159
9.3.5 玻璃微球 159
9.3.6 氢浆储氢 160
9.3.7 冰笼储氢 161
9.3.8 层状化合物储氢 161
第10章 碳材料储氢 162
10.1 碳储氢材料影响因素 162
10.2 活性炭储氢 162
10.2.1 活性炭分类 162
10.2.2 活性炭储氢 163
10.2.3 活性炭储天然气 164
10.3 纳米碳储氢 165
10.3.1 纳米碳的发现 165
10.3.2 纳米碳制备 166
10.3.3 纳米碳处理 167
10.3.4 纳米碳储氢 168
10.4 纳米碳电化学储氢 172
10.4.1 碳纳米管电化学储氢概况 173
10.4.2 铜粉复合定向碳纳米管电化学储氢 174
10.4.3 沉积纳米铜的定向多壁碳纳米管电化学储氢 179
10.4.4 定向多壁碳纳米管电化学储氢机理探讨 182
第11章 氢气输送与加注 184
11.1 车船运输 184
11.1.1 液氢储罐 184
11.1.2 压力容器 185
11.2 管道输送 186
11.2.1 液氢的管道输送 186
11.2.3 有机化合物输氢管道 187
11.3 氢气输运小结 187
11.2.2 气氢管道 187
11.4 加氢站背景材料 188
11.5 国外加氢站情况 190
11.6 以天然气为原料的加氢站结构以及主要设备 193
11.6.1 系统流程示意图 193
11.6.2 系统及主要设备 193
11.7 以水为原料的加氢站结构以及主要设备 197
11.7.1 系统流程示意图 197
11.7.2 水电解加氢站设备 197
11.8 加氢站安全 197
12.1.1 原理 199
第12章 核聚变 199
12.1 什么是受控核聚变 199
12.1.2 核聚变历史 201
12.2 怎样实现核聚变 203
12.2.1 实现核聚变条件 203
12.2.2 原料 205
12.2.3 设备 205
12.4 核聚变研究现状 210
12.3.4 核聚变比核裂变的原料成本低 210
12.3.3 环境友好 210
12.3.2 原料丰富 210
12.3 核聚变的优点 210
12.3.1 释放能量大 210
12.5 核聚变前景 213
12.5.1 冷聚变 213
12.5.2 受控热核聚变前景 214
第13章 燃料电池 216
13.1 燃料电池原理 216
13.1.1 燃料电池简史 216
13.1.3 燃料电池热力学 217
13.1.2 威廉·格罗夫的燃料电池 217
13.1.4 燃料电池特点 221
13.1.5 燃料电池分类 222
13.2 碱性燃料电池 224
13.2.1 碱性燃料电池原理 224
13.2.2 碱性燃料电池技术发展 225
13.3 质子交换膜燃料电池 227
13.3.1 质子交换膜燃料电池工作原理 227
13.3.2 质子交换膜燃料电池关键材料与零部件 229
13.4.1 直接甲醇燃料电池原理 231
13.4 直接甲醇燃料电池 231
13.4.2 直接甲醇燃料电池研究现状 232
13.4.3 直接甲醇燃料电池发展前景 234
13.5 磷酸燃料电池 235
13.5.1 磷酸燃料电池原理 235
13.5.2 磷酸燃料电池电站技术发展概况 236
13.5.3 磷酸燃料电池商业化 237
13.6 熔融碳酸盐燃料电池 240
13.6.1 熔融碳酸盐燃料电池原理 240
13.6.2 熔融碳酸盐燃料电池技术发展概况 241
13.7 固体氧化物燃料电池 242
13.7.1 高温固体氧化物燃料电池 242
13.7.2 低温固体氧化物燃料电池 245
13.8 特种燃料电池 251
13.8.1 金属-空气燃料电池 251
13.8.2 再生式燃料电池 252
13.8.3 直接生化燃料电池 262
13.8.4 直接炭燃料电池 264
13.9 燃料电池系统 265
13.10 燃料电池应用范围 266
14.1 氢内燃机基本概念 268
第14章 氢内燃机 268
14.2 氢内燃机历史 269
14.3 氢内燃机汽车 270
14.4 氢内燃机飞机 274
14.5 氢燃料火箭 277
14.5.1 氢燃料火箭背景 277
14.5.2 我国的氢火箭发动机 278
14.6 氢混合燃料 279
14.6.1 氢-油混合燃料 279
14.6.3 各种燃料比较 282
14.6.2 氢和天然气混合燃料 282
第15章 燃料电池和交通工具 284
15.1 燃料电池车辆原理 284
15.1.1 工作原理 284
15.1.2 燃料电池车的重要部件 284
15.1.3 燃料电池用于交通运输的优势 294
15.2 燃料电池车辆 295
15.2.1 燃料电池公共汽车 295
15.2.2 燃料电池轿车 301
15.2.3 燃料电池特种车辆 305
15.2.4 燃料电池车辆项目 306
15.3 燃料电池船舶 316
15.3.1 燃料电池船只优点 316
15.3.2 燃料电池船只项目 316
15.3.3 我国燃料电池船只 318
15.4 燃料电池机车 320
15.5 燃料电池飞机 321
15.6 我国早期的燃料电池车 322
16.1.2 磷酸燃料电池电站 327
16.1.1 分布式电站 327
16.1 社区用热电联供燃料电池电站 327
第16章 家庭及微型燃料电池 327
16.1.3 熔融碳酸盐燃料电池电站 333
16.1.4 固体氧化物燃料电池电站 334
16.1.5 质子交换膜燃料电池电站 336
16.2 家庭燃料电池电站 338
16.3 微型燃料电池电源 344
16.3.1 为什么需要微型燃料电池 344
16.3.2 微型燃料电池的燃料 345
16.3.3 微型燃料电池的难度 346
16.4 微型燃料电池研究现状 346
16.4.1 笔记本电脑电源 349
16.4.2 便携信息终端电源 350
16.4.3 手机电源 350
16.5 微型燃料电池前景预测 351
第17章 氢的安全 353
17.1 氢气是安全的燃料 353
17.2 历史上著名的氢气事故 354
17.3 高压氢气的安全 355
17.3.1 高压氢气泄漏危险 355
17.3.2 氢的着火，爆燃和爆轰 356
17.4 液氢的安全 358
17.5 氢的安全排放技术 360
17.5.1 氢气流中的静电积累 360
17.5.2 氢排放系统中的着火事故分析 361
17.6 氢的安全处理和防护 362
第18章 氢能与材料 364
18.1 氢能与金属材料 364
18.1.1 氢能与金属结构材料 364
18.1.2 氢能与稀土金属 367
18.1.3 氢能与贵金属 367
18.2.1 制氢的原料：碳 371
18.2 氢能与无机材料 371
18.2.2 储氢的重要原料 372
18.2.3 燃料电池的关键材料 374
18.3 氢能与有机材料 378
18.3.1 质子交换膜 379
18.3.2 直接甲醇燃料电池（DMFC）用膜 390
18.3.3 氢气分离膜 390
18.4 膜的新进展 391
19.1 氢能对我国经济结构的影响预测 394
19.1.1 氢能与汽车工业 394
第19章 迎接氢能经济新时代 394
19.1.2 氢能与能源工业 397
19.1.3 氢能与环境成本 399
19.2 中国稳步走向氢能经济——中国的氢能路线图 400
19.2.1 氢能制备 400
19.2.2 氢能储运 401
19.2.3 氢能使用 403
19.2.4 氢能教育 403
19.2.5 氢能标准 404
19.3 迎接氢能经济新时代 405
参考文献 407