第1章 概述 1
1.1 燃料电池和氢能可能扮演的角色 1
第2章 氢气 4
2.1 氢气的生产 4
2.1.1 蒸汽重整 5
2.1.2 部分氧化重整、自热重整和干气重整 8
2.1.3 水电解：燃料电池的逆运行 9
2.1.4 汽化和木质生物质转化 17
2.1.5 生物法制氢 20
2.1.6 光分解 33
2.1.7 直接加热或催化水分解 41
2.2 生产规模相关的问题 41
2.2.1 集中式产氢 41
2.2.2 分散式产氢 42
2.2.3 车载燃料重整 42
2.3 氢转化概述 46
2.3.1 用作能源载体 46
2.3.2 用作能源存储介质 47
2.3.3 燃烧用途 48
2.3.4 固定式燃料电池用途 50
2.3.5 用于交通的燃料电池用途 51
2.3.6 直接使用 51
2.4 氢存储方式 52
2.4.1 压缩气体存储 52
2.4.2 液氢存储 55
2.4.3 氢化物存储 56
2.4.4 在碳材料上的低温吸附 71
2.4.5 其他化学存储方式 72
2.4.6 存储方式比较 72
2.5 氢气的运输 73
2.5.1 容器运输 73
2.5.2 管道运输 74
2.6 问题和讨论 75
第3章 燃料电池 76
3.1 基本概念 76
3.1.1 燃料电池的电化学和热力学 76
3.1.2 模型化方面 85
3.1.3 量子化学方法 88
3.1.4 在金属表面上水分解或者燃料电池的性能的应用 98
3.1.5 流动和扩散模型化 111
3.1.6 温度因素 114
3.2 熔融碳酸盐燃料电池 114
3.3 固体氧化物燃料电池 117
3.4 酸性和碱性燃料电池 130
3.5 质子交换膜燃料电池 134
3.5.1 电流收集和气体传输系统 135
3.5.2 气体扩散层 138
3.5.3 膜层 144
3.5.4 催化作用 150
3.5.5 整体性能 153
3.5.6 高温和逆运行 155
3.5.7 衰减和寿命 158
3.6 直接甲醇和其他非氢燃料电池 159
3.7 生物燃料电池 164
3.8 问题和讨论 166
第4章 系统 168
4.1 客车 168
4.1.1 可供客车选择的系统 168
4.1.2 质子交换膜燃料电池汽车 170
4.1.3 性能模拟 174
4.2 其他道路车辆 189
4.3 船、火车和飞机 192
4.4 发电厂和独立系统 197
4.5 建筑集成系统 200
4.6 便携式和其他小规模系统 202
4.7 问题和讨论 206
第5章 实施远景方案 207
5.1 基础设施的需求 207
5.1.1 用于储氢的基础设施 207
5.1.2 输送设施 209
5.1.3 本地分布 210
5.1.4 充气站 211
5.1.5 建筑集成的概念 212
5.2 安全和规范问题 213
5.2.1 安全问题 213
5.2.2 安全要求 214
5.2.3 国家标准和国际标准 218
5.3 基于化石能源的远景方案 219
5.3.1 远景方案技术和需求建模 219
5.3.2 全球清洁化石能源的前景 231
5.4 基于核能的远景方案 239
5.4.1 历史和现实的关注 239
5.4.2 安全核技术 240
5.5 基于可再生能源的远景方案 251
5.5.1 全球可再生能源前景 251
5.5.2 详细的国家可再生能源前景 254
5.5.3 新区域远景方案 281
5.6 问题和讨论 286
第6章 社会影响 287
6.1 成本预期 287
6.1.1 制氢成本 287
6.1.2 燃料电池成本 288
6.1.3 储氢成本 292
6.1.4 基础设施成本 293
6.1.5 系统成本 294
6.2 对环境和社会影响的寿命周期分析 296
6.2.1 寿命周期分析的目的和方法 297
6.2.2 氢生产的寿命周期分析 299
6.2.3 燃料电池的寿命周期分析 303
6.2.4 传统的乘用车和燃料电池乘用车的寿命周期比较 307
6.2.5 其他运输车辆的寿命周期评估 319
6.2.6 氢存储及其基础设施的寿命周期评估 320
6.2.7 氢系统的寿命周期分析 321
6.3 各种不确定性 322
6.4 问题和讨论 323
第7章 总结：有条件的出路 325
7.1 机遇 325
7.2 障碍 326
7.3 竞争 328
7.4 前进之路 337
7.4.1 在可再生能源系统中氢的存储 337
7.4.2 燃料电池汽车 338
7.4.3 与建筑集成的燃料电池 339
7.4.4 在移动设备中的燃料电池 340
7.4.5 集中式发电的燃料电池 340
7.4.6 效率问题 341
7.5 改变能源结构我们还要多长时间 347
7.6 结束和开始 349
参考文献 351