氫與氫能

前言
第1章 氫能源與氫經(jīng)濟
1.1 世界經(jīng)濟和能源
1.2 各國能源消耗和我國能源消耗的特點
1.3 世界能源資源和開發(fā)狀況
1.4 CO2排放和環(huán)境問題
1.5 氫能的特點和利用形式
1.6 氫氣的供給
1.7 氫能的利用形式
1.8 可再生能源與氫能源
1.9 氫能源研究的發(fā)展與各國氫能源
研究動態(tài)
參考文獻
第2章 氫的基本性質(zhì)
2.1 氫的基本性質(zhì)概述
2.1.1 氫原子的性質(zhì)
2.1.2 氫氣的分子結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)
2.2 氫的反應(yīng)
2.2.1 氫的核聚變反應(yīng)
2.2.2 氫氣的制備
2.2.3 氫的化學(xué)性質(zhì)
2.3 氫化物
2.3.1 概述
2.3.2 含氫化合物的命名
2.3.3 堿金屬和堿土金屬氫化物
2.3.4 其他主族元素氫化物
2.3.5 鋁氫化物和硼氫化物
2.3.6 二元合金氫化物
2.3.7 氫化物研究的常用方法
2.4 氫和物質(zhì)的相互作用
2.4.1 氫對材料力學(xué)性能的破壞
2.4.2 氫對材料能帶結(jié)構(gòu)的影響
參考文獻
第3章 氫氣制備
3.1 化石燃料制氫
3.1.1 原理
3.1.2 現(xiàn)狀
3.2 電解水制氫
3.2.1 原理
3.2.2 現(xiàn)狀
3.3 生物質(zhì)制氫
3.3.1 光合生物制氫
3.3.2 生物發(fā)酵制氫
3.4 光催化制氫
3.4.1 原理
3.4.2 光催化制氫反應(yīng)器
3.4.3 制氫光催化劑的分類以及性能
參考文獻
第4章 氫分離和提純
4.1 氫分離提純方法
4.2 變壓吸附
4.3 膜分離
4.3.1 高分子膜分離
4.3.2 二氧化硅膜
4.3.3 沸石膜
4.3.4 金屬透氫膜
4.4 本菲爾法
4.5 深冷分離
4.5.1 冷凝法
4.5.2 膨脹機法
4.6 重氫的分離
4.6.1 氫同位素的特性
4.6.2 重氫的核聚變反應(yīng)
4.6.3 重氫提純回收
4.6.4 氫同位素的分離濃縮
參考文獻
第5章 高壓儲氫
5.1 高壓氫氣的壓縮
5.1.1 氫氣的壓縮因子
5.1.2 高壓氫氣的壓縮方式
5.2 氫氣的加注
5.3 高壓儲氫容器
5.3.1 高壓儲氫容器的發(fā)展
5.3.2 輕質(zhì)高壓儲氫容器的設(shè)計
5.4 高壓儲氫的風險評估和檢測試驗
5.4.1 高壓儲氫的使用風險
5.4.2 高壓儲氫容器的風險評估
5.4.3 高壓儲氫使用的標準
5.4.4 高壓儲氫的安全性能檢測試驗
5.5 高壓儲氫的風險控制
5.5.1 氫氣加注過程中的風險控制
5.5.2 高壓儲氫容器的風險控制
5.5.3 運輸與車用儲氫設(shè)備的風險控制
5.6 高壓儲氫的應(yīng)用
5.6.1 運輸用大型高壓氫氣容器
5.6.2 蓄氣站大型高壓氫氣容器
5.6.3 燃料電池車用高壓儲氫
參考文獻
第6章 液態(tài)儲氫及應(yīng)用
6.1 液態(tài)儲氫簡介
6.1.1 液態(tài)儲氫適用條件
6.1.2 正-仲氫轉(zhuǎn)化
6.2 液態(tài)氫的生產(chǎn)
6.3 液態(tài)氫的存儲
6.3.1 液氫存儲的熱學(xué)分析
6.3.2 液氫設(shè)備的絕熱材料
6.3.3 液氫儲罐
6.4 液氫的運輸
6.4.1 常溫容器加注液氫的冷卻特性
6.4.2 液氫的輸送方式
6.4.3 液氫儲藏型加氫站
6.5 液氫的應(yīng)用
6.5.1 液氫在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用
6.5.2 液氫在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用
6.5.3 液氫的其他應(yīng)用
6.6 液氫的安全性
6.7 展望
參考文獻
第7章 物理吸附儲氫材料
7.1 氣體吸附原理及物理儲氫的特點
7.1.1 吸附等溫線的類型
7.1.2 吸附等溫方程
7.1.3 額外吸附量與總吸附量
7.2 碳材料的發(fā)展及儲氫性能
7.2.1 活性炭
7.2.2 碳纖維
7.2.3 碳納米管
7.2.4 石墨烯及石墨烯型材料
7.2.5 碳材料的開發(fā)與研究前景
7.3 金屬有機骨架材料的儲氫性能
7.3.1 結(jié)構(gòu)的設(shè)計合成及儲氫性質(zhì)研究現(xiàn)狀
7.3.2 與氫氣作用機理
7.3.3 儲氫性能的影響因素和發(fā)展方向
7.4 微孔高分子的儲氫性能
7.4.1 PIM類型的微孔高分子
7.4.2 超高交聯(lián)型微孔高分子
7.5 3種物理吸附材料的比較
參考文獻
第8章 儲氫合金和金屬氫化物
8.1 儲氫合金的工作原理和設(shè)計
8.1.1 儲氫合金簡介
8.1.2 儲氫合金的歷史發(fā)展及現(xiàn)狀
8.1.3 儲氫合金的工作原理
8.1.4 儲氫合金的設(shè)計與評價
8.2 稀土儲氫材料
8.2.1 LaNi5基AB5型儲氫材料
8.2.2 混合稀土儲氫材料
8.2.3 非AB5型Re-Mg-過渡金屬儲氫材料
8.3 Mg和MgH2基儲氫材料
8.3.1 鎂單質(zhì)儲氫材料
8.3.2 Mg-Ni體系儲氫材料
8.3.3 Mg-Co體系儲氫材料
8.3.4 Mg-Fe-H體系以及其他鎂基儲氫材料
8.4 Ca和CaH2基儲氫材料
8.4.1 CaH2
8.4.2 Ca-Ni-M體系
8.4.3 其他Ca基合金儲氫材料
8.5 Ti基合金儲氫材料
8.5.1 Ti-Fe基合金體系
8.5.2 Ti-Co基合金體系
8.5.3 Ti-Mn基合金體系
8.5.4 Ti-Cr基合金體系
8.5.5 Ti-Ni基合金體系
8.6 V基體心立方固溶體合金儲氫材料
8.6.1 V-Ti-Fe合金體系
8.6.2 V-Ti-Ni合金體系
8.6.3 V-Ti-Cr合金體系
8.7 Zr基合金儲氫材料
8.7.1 Zr-V基合金體系
8.7.2 Zr-Cr基合金體系
8.7.3 Zr-Mn基合金體系
8.8 Pd基固溶體儲氫材料
8.9 納米材料尺寸效應(yīng)與形貌對儲氫材料性能的影響
8.9.1 納米結(jié)構(gòu)儲氫材料研究背景
8.9.2 納米結(jié)構(gòu)儲氫材料制備方法
8.9.3 納米結(jié)構(gòu)儲氫材料的性能
8.9.4 特殊納米形貌對儲氫性能的影響
8.10 納米薄膜材料的儲氫性能研究
8.10.1 納米薄膜材料的儲氫研究
8.10.2 薄膜的氫致光變特性
參考文獻
第9章 無機非金屬儲氫材料
9.1 氫與氫化物
9.2 無機非金屬氫化物
9.2.1 基本特征
9.2.2 電子結(jié)構(gòu)和成鍵特性
9.2.3 吸放氫反應(yīng)機理（與金屬氫化物相比較）
9.3 配位鋁氫（Al-H）化物
9.3.1 合成方法
9.3.2 晶體結(jié)構(gòu)
9.3.3 吸放氫性能
9.3.4 摻雜的配位鋁氫化物
9.4 金屬氮氫（N-H）化物
9.4.1 合成方法
9.4.2 晶體結(jié)構(gòu)
9.4.3 吸放氫性能
9.5 金屬硼氫（B-H）化物
9.5.1 合成方法
9.5.2 晶體結(jié)構(gòu)
9.5.3 吸放氫性能
9.5.4 吸放氫性能改善
9.6 氨硼烷（NH3BH3）及其衍生物
9.6.1 氨硼烷化合物儲氫材料的特點以及合成方法
9.6.2 氨硼烷化合物儲氫體系和放氫性能改善
9.6.3 氨硼烷化合物及其衍生物儲氫材料的研究與發(fā)展
參考文獻
第10章 其他儲氫材料
10.1 水合物儲氫技術(shù)
10.1.1 氣體水合物的晶體結(jié)構(gòu)
10.1.2 氣體水合物儲氫
10.1.3 水合物儲氣量的一般計算方法
10.2 有機液體氫化物儲氫技術(shù)
10.2.1 有機液體氫化物儲氫技術(shù)原理和特點
10.2.2 有機液體氫化物儲氫技術(shù)的關(guān)鍵問題
10.3 空心玻璃微球高壓儲氫技術(shù)
10.3.1 玻璃微球儲氫原理
10.3.2 玻璃微球的儲氫效率和存在的主要問題
10.4 鋁水反應(yīng)制氫儲氫技術(shù)
10.4.1 鋁水反應(yīng)制氫儲氫機理
10.4.2 鋁水反應(yīng)實用化反應(yīng)器及其應(yīng)用展望
參考文獻
第11章 儲氫材料的計算模擬
11.1 儲氫材料計算模擬背景
11.2 儲氫材料計算模擬的理論基礎(chǔ)
11.2.1 基于密度泛函理論的第一性原理
11.2.2 固體結(jié)構(gòu)計算方法和模型
11.2.3 分子動力學(xué)方法
11.2.4 Monte Carlo方法
11.3 儲氫材料計算軟件簡介
11.3.1 VASP
11.3.2 Materials Studio
11.3.3 Gaussian
11.3.4 其他常見軟件簡介
11.4 儲氫材料計算研究進展
11.4.1 金屬型氫化物和多元絡(luò)合氫化物
11.4.2 化學(xué)氫化物儲氫材料
11.4.3 吸附儲氫材料
11.4.4 其他固體儲氫材料
11.5 本章小結(jié)
參考文獻
第12章 鎳氫電池
12.1 概述
12.1.1 電化學(xué)理論基礎(chǔ)
12.1.2 化學(xué)電源的發(fā)展歷史
12.1.3 鎳氫電池的工作原理和特點
12.2 鎳氫電池的組成
12.2.1 正極材料
12.2.2 負極材料
12.2.3 輔助材料
12.3 鎳氫電池的開發(fā)與應(yīng)用
12.3.1 鎳氫電池的開發(fā)現(xiàn)狀
12.3.2 鎳氫電池的應(yīng)用
參考文獻
第13章 燃料電池
13.1 燃料電池概述
13.2 堿性燃料電池
13.2.1 概述
13.2.2 電池構(gòu)造
13.2.3 操作條件對電池性能的影響
13.2.4 研究現(xiàn)狀、問題及前景
13.3 高聚物電解質(zhì)膜燃料電池
13.3.1 概述
13.3.2 電池結(jié)構(gòu)
13.3.3 水管理
13.3.4 PEMFC的應(yīng)用
13.4 直接甲醇燃料電池
13.4.1 概述
13.4.2 甲醇的催化電氧化
13.4.3 甲醇滲漏
13.4.4 DMFC應(yīng)用
13.5 磷酸燃料電池
13.5.1 概述
13.5.2 電池結(jié)構(gòu)
13.5.3 運行條件對性能的影響
13.5.4 PAFC的冷卻系統(tǒng)
13.5.5 磷酸燃料電池的應(yīng)用
13.6 熔融碳酸鹽燃料電池
13.6.1 概述
13.6.2 電池結(jié)構(gòu)
13.6.3 MCFC的應(yīng)用
13.7 固體氧化物燃料電池
13.7.1 概述
13.7.2 電解質(zhì)
13.7.3 電極
13.7.4 密封材料
13.7.5 SOFC的結(jié)構(gòu)
13.7.6 SOFC的應(yīng)用
13.8 其他燃料電池
13.8.1 直接醇類燃料電池
13.8.2 硼氫化鈉燃料電池
13.8.3 微生物燃料電池
13.9 燃料電池系統(tǒng)
13.10 燃料電池的成本和開發(fā)
13.10.1 成本分析
13.10.2 燃料電池的開發(fā)
13.11 燃料電池的應(yīng)用
參考文獻
第14章 金屬氫化物儲氫裝置與技術(shù)
14.1 金屬氫化物儲氫容器
14.1.1 金屬氫化物儲氫容器儲氫原理
14.1.2 儲氫容器的分類及優(yōu)缺點
14.1.3 金屬氫化物儲氫容器的應(yīng)用范圍
14.1.4 儲氫材料的填充
14.1.5 儲氫容器的密封
14.2 高壓及金屬氫化物復(fù)合儲氫容器
參考文獻
第15章 氫能源汽車
15.1 氫內(nèi)燃機汽車
15.1.1 氫內(nèi)燃機概述
15.1.2 氫內(nèi)燃機工作原理
15.1.3 氫氣燃燒的特性
15.1.4 氫內(nèi)燃機汽車的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)
15.1.5 氫內(nèi)燃機的熱效率和輸出功率
15.1.6 氫內(nèi)燃機的技術(shù)難點和解決辦法
15.1.7 氫混合燃料內(nèi)燃機
15.1.8 氫內(nèi)燃機汽車的發(fā)展狀況
15.2 燃料電池汽車
15.2.1 燃料電池汽車概述
15.2.2 燃料電池汽車特點
15.2.3 燃料電池汽車工作原理
15.2.4 燃料電池汽車結(jié)構(gòu)系統(tǒng)
15.2.5 燃料電池汽車的發(fā)展狀況
參考文獻
第16章 加氫站
16.1 加氫站的基本組成系統(tǒng)
16.1.1 壓縮系統(tǒng)
16.1.2 儲藏系統(tǒng)
16.1.3 加注系統(tǒng)
16.2 各種類型加氫站簡介
16.2.1 燃料重整型加氫站
16.2.2 水電解型加氫站
16.2.3 液氫儲藏型加氫站
16.2.4 壓縮氫儲藏型加氫站
16.2.5 移動加氫站
16.3 加氫站與加氫站網(wǎng)絡(luò)建設(shè)
參考文獻
第17章 氫氣與材料制備和改性
17.1 氫脆
17.1.1 氫在鋼鐵中的固溶和性能
17.1.2 氫脆模型
17.1.3 不同材料的氫脆
17.1.4 氫脆機理以及氫致滯后斷裂
17.1.5 氫脆的防止
17.2 金屬間化合物氫致非晶化
17.2.1 金屬間化合物的氫氣吸收和非晶態(tài)化
17.2.2 氫氣吸收非晶態(tài)化的金屬間化合物成分和晶體結(jié)構(gòu)特點
17.2.3 氫氣吸收非晶態(tài)化的機理
17.2.4 氫致非晶態(tài)化化合物的熱穩(wěn)定性
17.3 HD和HDDR現(xiàn)象以及微觀組織調(diào)控
17.3.1 稀土永磁材料的HD現(xiàn)象
17.3.2 稀土永磁材料的HDDR現(xiàn)象
17.3.3 氫氣處理引起的鈦基材料的晶粒微細化以及性質(zhì)的提高
17.3.4 Nb3M（M=Al、Si、Ge、In）粉體的制備
17.3.5 鎳氫電池合金粉體的制備
17.3.6 氫氣吸收與多孔金屬的形成
17.4 氫等離子體法制備納米材料
17.4.1 簡介
17.4.2 設(shè)備及其工藝
17.4.3 納米顆粒形成機理和長大過程
17.4.4 影響納米顆粒制備的因素
17.4.5 氫等離子體制備的納米顆粒大小和形貌
17.4.6 金屬合金以及無機非金屬納米顆粒的制備
17.4.7 氫等離子體制備不同形態(tài)的納米結(jié)構(gòu)物質(zhì)
17.5 磁學(xué)性質(zhì)
17.5.1 吸氫所引起的磁矩大小變化
17.5.2 交換相互作用
17.5.3 磁各向異性
17.5.4 儲氫合金氫化物的磁學(xué)性質(zhì)
17.6 超導(dǎo)MgB2的制備
17.6.1 MgB2超導(dǎo)化合物
17.6.2 傳統(tǒng)的MgB2超導(dǎo)薄膜制備
17.6.3 Mg（BH4）2分解制備MgB2超導(dǎo)薄膜
參考文獻
第18章 氫氣的安全性
18.1 氫氣安全的基礎(chǔ)知識
18.2 氫氣的燃燒和爆炸性能
18.3 高壓氫氣和液態(tài)氫氣的危險性
18.3.1 高壓氫氣的危險性
18.3.2 液態(tài)氫氣的危險性
18.4 氫脆引起的設(shè)備安全問題
18.5 儲氫合金的安全問題
18.6 氫燃料電池汽車的安全問題
18.6.1 高壓保護系統(tǒng)
18.6.2 氫氣泄漏檢測
18.6.3 氫燃料電池汽車的相對安全性
18.7 氫氣泄漏檢測方法和氫氣檢測器
18.8 一般安全的對策
參考文獻
第19章 基本數(shù)據(jù)
19.1 氫元素、能源與環(huán)境
19.2 氫氣燃料的基本特性
19.3 氫氣的物理和化學(xué)性質(zhì)
19.4 氫氣擴散
19.5 氫化物分類
19.6 儲氫材料性質(zhì)比較
19.7 相圖和PCT曲線
19.8 氫化物晶體結(jié)構(gòu)
19.9 儲氫材料熱力學(xué)
19.10 蓄熱合金
19.11 氫能源汽車
參考文獻