燃料電池系統(tǒng)：原理設(shè)計應(yīng)用（原書第2版）

第1章緒論.1
1.1氫燃料電池基本原理1
1.2是什么限制了電流4
1.3把電池串聯(lián)起來——雙極板5
1.4供氣和冷卻7
1.5燃料電池的分類11
1.6其他類型的電池13
1.6.1生物燃料電池13
1.6.2金屬-空氣電池13
1.6.3氧化還原液流電池和可再生燃料電池14
1.7燃料電池系統(tǒng)的其他部分15
1.8比較各電池系統(tǒng)用的參數(shù)17
1.9優(yōu)點和應(yīng)用18
參考文獻19
第2章效率和開路電壓20
2.1氫氣燃料電池的能量和電動勢(EMF)20
2.2其他燃料電池和普通電池的開路電壓23
2.3效率和效率極限24
2.4效率和燃料電池電壓27
2.5氣體濃度和壓力的影響28
2.5.1能斯特公式28
2.5.2氫氣分壓30
2.5.3燃料和氧化劑的利用率31
2.5.4系統(tǒng)壓力31
2.5.5應(yīng)用——血液中酒精含量的測定32
2.6總結(jié)33
參考文獻34
第3章燃料電池工作電壓35
3.1引言35
3.2相關(guān)術(shù)語36
3.3燃料電池的不可逆性——電壓降的原因37
3.4活化損失38
3.4.1Tafel公式38
3.4.2Tafel公式中的常量39
3.4.3降低活化過電壓42
3.4.4活化過電壓總結(jié)42
3.5燃料穿透和內(nèi)部短路電流43
3.6歐姆損失45
3.7傳質(zhì)與濃度損失46
3.8不可逆性的綜合考慮48
3.9雙電層49
3.10區(qū)分各種不可逆性50
參考文獻53
第4章質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)55
4.1引言55
4.2聚合物電解質(zhì)是如何工作的57
4.3電極和電極結(jié)構(gòu)59
4.4PEMFC的水管理62
4.4.1總論62
4.4.2空氣流動和水蒸發(fā)64
4.4.3PEMFC的空氣濕度66
4.4.4不經(jīng)另外加濕的PEMFC操作68
4.4.5外部加濕——原理70
4.4.6外部加濕——方法72
4.5PEMFC的冷卻和空氣供給74
4.5.1陰極空氣冷卻法74
4.5.2反應(yīng)空氣與冷卻空氣分離法75
4.5.3PEMFC的水冷卻法76
4.6PEMFC的內(nèi)部連接——雙極板77
4.6.1引言77
4.6.2雙極板上的流場形式78
4.6.3制作PEMFC的雙極板79
4.6.4電池堆的其他布局方式82
4.7操作壓力84
4.7.1概述84
4.7.2高壓操作性價比簡單分析86
4.7.3影響壓力選擇的其他因素89
4.8反應(yīng)物組成91
4.8.1一氧化碳中毒91
4.8.2甲醇和其他液體燃料92
4.8.3用純氧代替空氣作為氧化劑92
4.9系統(tǒng)實例93
4.9.112W的小型系統(tǒng)93
4.9.22kW的中型系統(tǒng)94
4.9.3205kW的燃料電池發(fā)動機97
參考文獻98
第5章堿性燃料電池100
5.1歷史背景及綜述100
5.1.1基本原理100
5.1.2歷史地位100
5.1.3主要優(yōu)點101
5.2堿性燃料電池的類型103
5.2.1循環(huán)式電解質(zhì)堿性燃料電池103
5.2.2固定式電解質(zhì)堿性燃料電池105
5.2.3可溶解燃料堿性燃料電池106
5.3工作壓力和溫度108
5.4堿性電解質(zhì)燃料電池的電極111
5.4.1引言111
5.4.2燒結(jié)鎳雙孔電極111
5.4.3雷尼金屬112
5.4.4滾壓電極112
5.5電池的連接113
5.6問題與改進114
參考文獻115
第6章直接甲醇燃料電池（DMFC）117
6.1引言117
6.2陽極反應(yīng)和催化劑119
6.2.1DMFC總反應(yīng)119
6.2.2堿性DMFC的陽極反應(yīng)119
6.2.3質(zhì)子交換膜DMFC的陽極反應(yīng)120
6.2.4陽極燃料供給121
6.2.5陽極催化劑122
6.3電解質(zhì)和燃料穿透123
6.3.1燃料穿透是如何發(fā)生的123
6.3.2降低燃料穿透的常規(guī)技術(shù)124
6.3.3正在發(fā)展的抗燃料穿透技術(shù)125
6.4陰極反應(yīng)和催化劑126
6.5甲醇的制備.儲存和安全126
6.5.1甲醇的制備126
6.5.2甲醇的安全性127
6.5.3甲醇與乙醇的比較129
6.5.4甲醇的儲存130
6.6DMFC的應(yīng)用130
參考文獻133
第7章中高溫燃料電池136
7.1引言136
7.2一般特征137
7.2.1燃料重整概述137
7.2.2燃料利用率139
7.2.3底循環(huán)140
7.2.4熱交換器的應(yīng)用——放射本能和夾點技術(shù)145
7.3磷酸燃料電池（PAFC）148
7.3.1工作原理148
7.3.2PAFC的工作性能151
7.3.3PAFC的最新發(fā)展動態(tài)153
7.4熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）156
7.4.1工作原理156
7.4.2使用熔融碳酸鹽電解質(zhì)的條件158
7.4.3MCFC里的電池組件159
7.4.4電池堆的配置與密封163
7.4.5內(nèi)部重整165
7.4.6MCFC的工作性能166
7.4.7實際應(yīng)用的MCFC系統(tǒng)169
7.5固體氧化物燃料電池（SOFC）174
7.5.1工作原理174
7.5.2SOFC電池組件176
7.5.3SOFC的實際設(shè)計和電池堆布局180
7.5.4SOFC的工作性能185
7.5.5SOFC聯(lián)合循環(huán).新穎的系統(tǒng)設(shè)計和混合系統(tǒng)186
7.5.6中溫SOFC189
參考文獻..190
第8章燃料電池的燃料供應(yīng)194
8.1引言194
8.2化石燃料196
8.2.1石油196
8.2.2混合物中的石油：瀝青砂.油頁巖.氣體水合物和液化石油氣(LPG)198
8.2.3煤和煤氣198
8.2.4天然氣200
8.3生物燃料201
8.4燃料處理基礎(chǔ)202
8.4.1燃料電池對燃料的要求202
8.4.2脫硫203
8.4.3蒸汽重整204
8.4.4碳的形成和預(yù)重整207
8.4.5內(nèi)部重整209
8.4.6直接氧化碳氫化合物210
8.4.7部分氧化和自熱重整211
8.4.8碳氫化合物高溫分解或熱裂解制氫212
8.4.9燃料進一步處理——除去一氧化碳212
8.5燃料處理系統(tǒng)的實際應(yīng)用——固定式電源214
8.5.1傳統(tǒng)工業(yè)蒸汽重整214
8.5.2蒸汽重整型PEMFC和PAFC電廠的天然氣進料系統(tǒng)設(shè)計215
8.5.3重整器和部分氧化反應(yīng)器的設(shè)計217
8.6燃料處理系統(tǒng)的實際應(yīng)用——移動式應(yīng)用224
8.6.1概述224
8.6.2車用甲醇重整工藝225
8.6.3微型甲醇反應(yīng)器227
8.6.4汽油重整229
8.7電解器230
8.7.1電解器的操作230
8.7.2電解器的應(yīng)用231
8.7.3電解器效率232
8.7.4高壓制氫232
8.7.5光-電解233
8.8生物制氫234
8.8.1引言234
8.8.2光合作用235
8.8.3發(fā)酵工藝制氫236
8.9貯氫Ⅰ——以氫的形式儲存237
8.9.1引言237
8.9.2安全問題237
8.9.3以壓縮氣體形式貯氫239
8.9.4液態(tài)貯氫241
8.9.5可逆金屬氫化物貯氫243
8.9.6碳納米纖維245
8.9.7貯氫方法的比較248
8.10貯氫Ⅱ——化學方法249
8.10.1引言249
8.10.2甲醇250
8.10.3堿金屬氫化物251
8.10.4硼氫化鈉252
8.10.5氨256
8.10.6儲存方法比較258
參考文獻259
第9章壓縮機.渦輪機.噴射器.鼓風機.吹風機和泵263
9.1引言263
9.2壓縮機——使用類型263
9.3壓縮機效率266
9.4壓縮機功率267
9.5壓縮機性能圖268
9.6離心式壓縮機的性能圖271
9.7壓縮機選擇——實際問題272
9.8渦輪機273
9.9渦輪增壓器276
9.10噴射循環(huán)器276
9.11鼓風機和吹風機277
9.12隔膜泵或膜片泵279
參考文獻280
第10章燃料電池電力傳輸281
10.1引言281
10.2DC調(diào)節(jié)和電壓轉(zhuǎn)換282
10.2.1開關(guān)裝置282
10.2.2開關(guān)調(diào)節(jié)器284
10.3逆變器288
10.3.1單相288
10.3.2三相291
10.3.3調(diào)整要點和費用292
10.3.4功率因素校正295
10.4電動機296
10.4.1通常觀點296
10.4.2感應(yīng)電動機297
10.4.3無刷DC電動機299
10.4.4開關(guān)磁阻電動機301
10.4.5電動機效率303
10.4.6電動機質(zhì)量305
10.5燃料電池/電池或電容混合系統(tǒng)306
參考文獻310
第11章燃料電池系統(tǒng)分析312
11.1引言312
11.2能量系統(tǒng)312
11.3燃料生產(chǎn)到使用全程分析314
11.3.1從油井到車輪的分析314
11.3.2油井到油箱的分析315
11.3.3通用汽車公司（GM）燃料生產(chǎn)到使用全程研究的主要結(jié)論316
11.4動力鏈或驅(qū)動鏈分析318
11.5實例系統(tǒng)Ⅰ——PEMFC動力公共汽車319
11.6實例系統(tǒng)Ⅱ——用天然氣作為燃料的固定系統(tǒng)324
11.6.1引言324
11.6.2流程圖和系統(tǒng)的初步設(shè)計324
11.6.3詳細的工程設(shè)計328
11.6.4進一步的系統(tǒng)分析329
11.7結(jié)束語330
參考文獻331
附錄A摩爾吉布斯自由能變的計算332
A.1氫燃料電池332
A.2一氧化碳燃料電池334
參考文獻335
附錄B燃料電池相關(guān)公式336
B.1引言336
B.2氧氣和空氣的用量336
B.3出口空氣流速338
B.4氫氣的用量338
B.5水的生成速率339
B.6生成的熱能...339