第1篇 导论 3
第1章 绿色可再生能源工程 3
1.1 地球的冷暖变化 3
1.2 近百年的地球气候变迁 4
1.3 温室气体 5
1.4 能源的需求 6
1.5 可再生能源工程发展 8
1.6 可再生能源政策 10
1.7 讨论 12
习题 12
参考文献 13
第2章 燃料电池系统 14
2.1 燃料电池分类及优缺点 14
2.1.1 分类 14
2.1.2 优缺点 15
2.2 固体电解质燃料电池（SOFC） 19
2.2.1 SOFC的电池组 19
2.2.2 燃料供应 20
2.2.3 燃料重整器 22
2.2.4 气体分配器及热交换器 22
2.2.5 电流收集 23
2.2.6 传感器及保护措施 23
2.2.7 外壳及结构固定 24
2.3 电能系统发展目标 24
2.3.1 电控逻辑 24
2.3.2 整合二次电池 25
2.3.3 整合其他发电装置 26
2.3.4 固定式及移动式差异 26
2.4 其他燃料电池 27
2.5 结论 28
2.6 讨论 28
习题 29
参考文献 29
第3章 燃料 32
3.1 燃料的分类及特性 32
3.2 氢 34
3.2.1 氢气的特征 34
3.2.2 氢的合成 34
3.2.3 储氢技术的发展 35
3.2.4 氢能应用与限制 36
3.3 生物质及生物质燃料 37
3.3.1 生物质的来源 37
3.3.2 生物质燃料工程及资源化 38
3.3.3 生物质能的其他应用 40
3.4 天然气 41
3.4.1 天然气成分及来源 41
3.4.2 合成天然气 42
3.4.3 天然气的储量 43
3.5 煤 43
3.5.1 煤的分类 43
3.5.2 煤的成分 44
3.5.3 煤的净化 44
3.6 石油 44
3.6.1 石油成分 45
3.6.2 石油的分类及性质 45
3.6.3 石油供给 46
3.7 结论 47
3.8 讨论 47
习题 47
参考文献 48
第2篇 基础篇 51
第4章 能量及电池功率 51
4.1 能量 51
4.1.1 能量形式 52
4.1.2 能量的来源 54
4.1.3 能量的转换 54
4.2 电化学反应 56
4.2.1 燃料电池的电位 56
4.2.2 气体压力及浓度对电极电位的影响 57
4.2.3 燃料电池的能量转换效率 58
4.3 电池的输出功率 59
4.4 电池的极化 60
4.5 实验与讨论 62
习题 63
参考文献 63
第5章 材料导电原理 65
5.1 导体分类 65
5.2 导电载流子 67
5.2.1 电子、电子空穴和偶极子 67
5.2.2 内在缺陷 67
5.2.3 混合型导电 68
5.3 带电离子的驱动方式 70
5.3.1 外来添加物的影响 72
5.3.2 温度的影响 73
5.3.3 氧化还原（redox）气氛的影响 74
5.4 晶界带电 75
5.4.1 晶界（晶面）带电原因 75
5.4.2 晶界电导模式 77
5.5 结论 78
5.6 讨论 78
习题 79
参考文献 79
第6章 SOFC材料热学性质 81
6.1 燃料电池材料 81
6.2 热传导 82
6.2.1 热传机制 82
6.2.2 热传导率的定义 83
6.2.3 热导系数测试法 84
6.2.4 影响材料导热的因素 85
6.3 热膨胀率 88
6.3.1 CTE测量法 88
6.3.2 影响CTE的因素 88
6.4 抗热冲击 89
6.4.1 抗热冲击的测试方法 90
6.4.2 热应力及热冲击破坏 91
6.5 结论 92
6.6 讨论 93
习题 93
参考文献 94
第3篇 固体燃料电池 97
第7章 固体电解质 97
7.1 固体电解质特性 97
7.2 萤石型电解质 99
7.2.1 氧化锆 102
7.2.2 氧化铈 105
7.2.3 氧化铋 106
7.3 钙钛矿型电解质 108
7.3.1 晶体结构特性 108
7.3.2 镓酸镧系列 109
7.4 导电性 111
7.4.1 添加物种类的影响 111
7.4.2 还原气氛的影响 112
7.4.3 晶界影响 113
7.5 电解质研究发展方向 114
7.5.1 新的高导电离子材料 114
7.5.2 减少电解质材料厚度 115
习题 116
参考文献 116
第8章 SOFC电极 120
8.1 阴极 120
8.1.1 阴极材料发展历程 120
8.1.2 阴极结构设计 123
8.1.3 阴极的电传导 127
8.2 SOFC阳极 130
8.2.1 阳极材料发展历程 131
8.2.2 阳极结构 136
8.3 电极操作及劣化 138
8.3.1 界面反应 139
8.3.2 电极长时间劣化 139
8.3.3 杂质及其他变量的影响 140
8.4 电极的新发展 140
习题 141
参考文献 142
第9章 SOFC封装 149
9.1 SOFC封装必要性 149
9.2 玻璃及玻璃陶瓷 150
9.2.1 玻璃成分 151
9.2.2 复合材料 155
9.2.3 封装温度 156
9.2.4 影响玻璃CTE的因素 157
9.3 云母、软金属及石墨 159
9.3.1 石墨／云母基材料 160
9.3.2 过渡金属 160
9.3.3 其他封装材料及方法 160
9.4 封装漏气控因 161
9.5 理想FC封装 163
习题 164
参考文献 164
第10章 电池及电池组的设计 168
10.1 单电池设计演化 168
10.1.1 分类 168
10.1.2 设计的演化 168
10.1.3 单电池最新发展 173
10.2 电池组的设计需求 174
10.3 连接器 175
10.3.1 铬酸镧基氧化物连接板 176
10.3.2 金属连接板 177
10.3.3 电流收集端子 178
10.4 平板型电池组 179
10.4.1 气体流道设计 179
10.4.2 供气歧管配置与封装 180
10.4.3 电池堆叠及封装 180
10.5 管型电池组 182
10.6 结论 184
习题 184
参考文献 184
第11章 固体燃料电池的工艺技术 188
11.1 固体燃料电池的组件形态 188
11.2 粉体合成技术 190
11.2.1 溶胶凝胶及相关化学合成法 191
11.2.2 共沉淀法 193
11.2.3 甘氨酸燃烧法 193
11.3 粉体分散技术 193
11.4 薄膜工艺技术 194
11.4.1 薄膜制作技术分类 194
11.4.2 薄层共烧 196
11.5 多孔材料的工艺技术 196
11.6 喷墨打印成型法 197
11.7 旋镀工艺技术 198
11.8 粉末射出成型法 200
11.9 未来挑战 201
习题 202
参考文献 202
第12章 碳氢燃料纯化及重整 207
12.1 SOFC的燃料需求 207
12.2 燃气纯化 209
12.2.1 除硫 209
12.2.2 分离二氧化碳 210
12.2.3 一氧化碳浓度的操控 210
12.3 燃气重整 211
12.3.1 蒸气重整 211
12.3.2 干式重整 211
12.3.3 直接氧化 212
12.3.4 部分氧化及自热重整 212
12.3.5 固型碳生成及去除 213
12.3.6 焦油减量技术 213
12.4 重整器及纯化器 214
12.4.1 催化剂及载体 214
12.4.2 重整器的设计 217
12.4.3 热源 218
12.5 展望及讨论 219
习题 220
参考文献 220
第4篇 电池测试及应用 225
第13章 电池性质测试 225
13.1 测试规范分类 225
13.2 交流阻抗分析 226
13.3 导电材料的一般电性 229
13.4 材料的电导率 230
13.4.1 三点测量法 230
13.4.2 对称双电极法 231
13.4.3 四点测量法 231
13.4.4 面比电阻 232
13.5 电池组的标准测试 237
13.5.1 电池的电动势分布 237
13.5.2 标准测试规范 239
13.5.3 燃料使用率估算 241
13.5.4 长时间测试 241
13.6 其他材料性质分析技术 242
13.6.1 微结构 242
13.6.2 氧离子扩散系数 243
13.6.3 氧离子传导系数 243
13.6.4 薄板的机械强度 243
习题 245
参考文献 246
第14章 SOFC失效及异常诊断 248
14.1 燃料电池的失效分析 248
14.2 层状结构的应力破坏 249
14.3 多孔电极龟裂 251
14.4 金属镍导体粗化及氧化 252
14.5 电解质穿孔泄漏 253
14.6 界面反应 255
14.6.1 电池组件间反应 255
14.6.2 来自燃料的反应物 256
14.7 讨论 257
习题 257
参考文献 258
第15章 定置型气化及低碳发电 261
15.1 定置型气化及发电 261
15.2 燃煤火力发电现况 262
15.3 燃料来源 262
15.3.1 固体生物质 263
15.3.2 甲烷冰 264
15.4 煤、石油及生物质燃料的气化 265
15.4.1 气化指标及燃料气分类 266
15.4.2 煤炭气化 267
15.4.3 固体燃料的气化反应比较 268
15.4.4 气化炉 269
15.4.5 燃料气化系统 271
15.5 气化联合循环发电（IGCC）技术 271
15.5.1 系统说明 271
15.5.2 IGCC系统的发电实例 272
15.6 气化联合循环燃料电池发电（IGFC）技术 274
15.6.1 系统说明 274
15.6.2 与其他先进电厂投资及电价比较 274
15.7 未来展望 276
15.8 讨论 276
习题 277
参考文献 277
第16章 便携式SOFC电源的应用 279
16.1 便携式SOFC的挑战 279
16.2 便携式SOFC的分类与差异 280
16.3 液体燃料重整器 280
16.3.1 汽油重整处理器 281
16.3.2 酒精处理器 281
16.3.3 其他燃料处理器 283
16.4 快速加热及绝热 283
16.4.1 加热组件 283
16.4.2 绝热设计 284
16.5 安全设计 285
16.5.1 燃料安全性 286
16.5.2 液体燃料的储存及气化 286
16.6 便携式系统 287
16.6.1 微型电源 287
16.6.2 膝上型电源 289
16.6.3 电动汽车（EV）用电源 290
16.7 结论 293
16.8 讨论 293
习题 293
参考文献 294
索引 297