新能源車用燃料電池應用技術：質子交換膜燃料電池原理及耐久性

1概述
1.1燃料電池分類001
1.2燃料電池發(fā)電原理002
1.3燃料電池熱力學005
1.3.1標準電極電勢與可逆電動勢005
1.3.2燃料電池效率計算009
1.4電極反應動力學012
1.5燃料電池堆結構與組成017
1.5.1電堆結構017
1.5.2電堆組成018
1.6燃料電池耐久性現(xiàn)狀及目標020
1.6.1美國能源部的目標020
1.6.2日本新能源產(chǎn)業(yè)技術綜合開發(fā)機構的目標021
1.6.3歐盟燃料電池及氫能合作組織的目標025
1.6.4我國關于氫能與燃料電池的目標025
1.7小結028
參考文獻029
2質子交換膜：化學和物理衰減
2.1質子交換膜簡介031
2.1.1質子交換膜的基本要求031
2.1.2質子交換膜國內外發(fā)展現(xiàn)狀032
2.2質子交換膜結構及優(yōu)缺點034
2.2.1PEM的化學結構034
2.2.2均質膜與復合膜優(yōu)缺點035
2.2.3膜電極組成036
2.2.4膜電極結構及功能037
2.2.5膜電極密封結構039
2.3PEM基本性能的評測方法041
2.3.1質子電導率041
2.3.2氫滲電流042
2.3.3氟離子溶出042
2.4PEM的降解機理043
2.4.1熱降解043
2.4.2化學降解044
2.4.3機械降解045
2.5PEM降解的緩解方法045
2.5.1熱降解緩解方法045
2.5.2化學降解緩解方法046
2.5.3機械降解緩解方法046
2.6小結048
參考文獻048
3催化層：化學降解與結構破壞
3.1概述052
3.1.1催化劑的重要作用052
3.1.2催化層與催化劑的關系053
3.1.3高效MEA的開發(fā)策略056
3.1.4催化劑發(fā)展現(xiàn)狀060
3.2漿料對性能和壽命的影響063
3.2.1催化劑漿料對催化層結構的影響063
3.2.2催化層結構與耐久性的關系066
3.3電堆活化與恢復方法073
3.3.1電堆活化與耐久性的關系073
3.3.2電堆恢復活化法介紹073
3.4活性金屬衰退與評價方法078
3.4.1Pt顆粒的團聚與長大079
3.4.2Pt流失與再分布080
3.4.3Pt中毒080
3.4.4催化劑衰退的緩解方法081
3.4.5催化劑衰退的評價方法082
3.5載體衰退與評價方法084
3.5.1碳載體的衰退084
3.5.2載體衰退的緩解方法086
3.5.3載體衰退的評價方法087
3.6離聚物對PEMFC性能的影響及其衰退089
3.6.1離聚物對PEMFC性能的影響089
3.6.2離聚物的衰退機制090
3.7小結091
參考文獻091
4氣體擴散層：制造工藝及衰退機理
4.1概述102
4.1.1氣體擴散層的基本要求102
4.1.2氣體擴散層國內外研究現(xiàn)狀103
4.2氣體擴散層結構與材料及功能與特性104
4.2.1結構與材料104
4.2.2功能與特性106
4.2.3氣體擴散層與極板的相互作用109
4.3氣體擴散層制造方法110
4.3.1碳基材料制造方法110
4.3.2金屬基材料制造方法cm100111
4.3.3疏水處理112
4.4氣體擴散層的理化特性及表征方法113
4.4.1力學性能113
4.4.2導電性114
4.4.3導熱性115
4.4.4透氣率116
4.4.5孔隙率及孔徑分布116
4.4.6親疏水性117
4.5氣體擴散層的衰退機理117
4.5.1物理衰退118
4.5.2化學衰退120
4.6緩解氣體擴散層衰減的策略121
4.6.1優(yōu)化裝配壓力121
4.6.2MPL設計121
4.7小結122
參考文獻123
5雙極板與流場：成形方式與腐蝕失效分析
5.1雙極板的功能與性能要求129
5.2雙極板的流場設計131
5.3雙極板材料133
5.3.1石墨雙極板133
5.3.2復合雙極板134
5.3.3金屬雙極板134
5.4雙極板成形方式135
5.4.1石墨與復合雙極板成形方式135
5.4.2金屬雙極板成形方式136
5.5雙極板組對方式139
5.6衰退機理與抑制策略141
5.6.1衰退機理141
5.6.2提高金屬雙極板耐腐蝕性的策略143
5.7雙極板主要指標及評測方法144
5.7.1氣密性測試144
5.7.2抗彎強度測試145
5.7.3腐蝕電流測試145
5.7.4接觸電阻測試146
5.7.5接觸角測試147
5.8小結147
參考文獻148
6關鍵零部件對燃料電池堆耐久性的影響
6.1概述153
6.1.1密封件基本要求153
6.1.2燃料電池密封件國內外研究進展154
6.2密封材料選型準則155
6.3PEMFC的密封結構156
6.3.1線密封結構157
6.3.2一體化密封結構157
6.4密封件材料評估方法158
6.4.1物理特性與參數(shù)158
6.4.2化學特性及表征162
6.5密封件加速評估方法166
6.5.1老化對比實驗166
6.5.2加權選型方法168
6.5.3工程應用前景169
6.6端板及其他電堆輔件170
6.6.1端板的作用170
6.6.2端板對耐久性的影響170
6.6.3其他電堆輔件對耐久性的影響173
6.7小結75
參考文獻176
7電堆運行條件下的耐久分析
7.1概述178
7.2燃料電池水熱管理180
7.2.1燃料電池中的兩相流180
7.2.2燃料電池水管理183
7.2.3燃料電池熱管理185
7.3電堆運行工況的衰退分析188
7.3.1高電勢引起的衰退188
7.3.2電勢循環(huán)與衰退189
7.3.3反極造成的衰退189
7.3.4啟/停機與氫/空界面190
7.3.5車用工況與衰減192
7.4電堆低溫冷啟動策略197
7.4.1模型研究199
7.4.2實驗方法201
7.4.3工程應用202
7.5小結204
參考文獻205
8雜質氣體對PEMFC性能的影響
8.1氫氣/空氣中的雜質來源212
8.1.1傳統(tǒng)制氫技術213
8.1.2氫氣的提純工藝215
8.1.3新型制氫技術217
8.1.4大氣污染物來源分析218
8.1.5空氣污染物的去除方法220
8.2雜質氣體影響的分析方法221
8.2.1水分分析方法222
8.2.2總烴及無機雜質組分分析方法222
8.2.3總硫分析方法223
8.2.4氨分析方法223
8.2.5氯化氫分析方法223
8.2.6顆粒物分析方法223
8.2.7電化學測試分析方法223
8.2.8空氣/氫氣中雜質對PEMFC性能影響的測試方法226
8.3氫氣雜質對PEMFC的影響228
8.3.1CO對陽極的影響228
8.3.2H2S對陽極的影響233
8.3.3Cl2對陽極的影響234
8.3.4NH3對陽極的影響235
8.3.5CO2對陽極的影響238
8.4空氣雜質對PEMFC的影響239
8.4.1N2對陰極的影響240
8.4.2NOx對陰極的影響240
8.4.3SO2對陰極的影響243
8.4.4HxCy對陰極的影響246
8.4.5CO對陰極的影響246
8.4.6協(xié)同影響248
8.5緩解空氣雜質對PEMFC影響的策略249
8.5.1空氣過濾器249
8.5.2高電勢氧化法258
8.5.3吹掃法260
8.5.4高溫質子交換膜燃料電池(HT-PEMFC)261
8.6小結262
參考文獻263