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第一章 绪论 1

1.1 燃料电池发电系统 1

1.1.1 燃料电池及特点 1

1.1.2 燃料电池系统的基本单元 3

1.2 燃料电池发电原理 4

1.2.1 燃料电池的电动势 5

1.2.2 燃料电池的效率 6

1.3.1 燃料电池分类法 8

1.3 燃料电池的分类 8

1.3.2 磷酸型燃料电池 9

1.3.3 固体聚合物燃料电池 10

1.3.4 熔融磷酸盐燃料电池 10

1.3.5 固体氧化物燃料电池 11

1.3.6 碱性燃料电池 11

1.4 燃料电池开发背景 12

1.4.1 能源优化利用与地球环境 12

1.4.2 我国燃料电池发展的基本情况与前景 12

1.5.1 燃料电池的商业化发展 14

1.5 燃料电池的发展方向 14

1.5.2 燃料电池的相关技术与材料研究 16

1.5.3 新型燃料电池研究 17

参考文献 21

第二章 磷酸型燃料电池 22

2.1 发电原理 22

2.1.1 电极反应 22

2.1.2 三相电极作用原理 22

2.1.3 工作条件 24

2.2.1 电池本体 25

2.1.4 磷酸型燃料电池的特点 25

2.2 磷酸型燃料电池系统基本构造 25

2.2.2 燃料转化装置 31

2.2.3 逆变器 33

2.2.4 控制系统 34

2.3 电池系统运行特性 36

2.3.1 磷酸型燃料电池系统效率 36

2.3.2 影响电池系统运行特性因素 39

2.4.1 磷酸型燃料电池技术发展回顾 43

2.4 研究开发现状 43

2.4.2 美国的研究开发情况 49

2.4.3 日本的研究开发情况 50

2.4.4 欧洲及其他国家和地区的研究开发情况 53

2.5 技术开发课题 56

2.5.1 提高电池系统性能与可靠性 56

2.5.2 降低电池制造成本(经济性) 59

参考文献 62

3.2 发电原理 63

3.1 概述 63

第三章 固体聚合物燃料电池 63

3.3 电池的基本构成与性能 65

3.3.1 离子交换膜 65

3.3.2 电极催化剂 69

3.3.3 含碳燃料预处理 71

3.4 研究开发现状 72

3.5 电池应用范围 73

3.5.1 航空与军事动力电源 73

3.5.2 车辆用动力电源 75

3.5.3 固定式电源 76

参考文献 76

第四章 熔融碳酸盐燃料电池 78

4.1 发电原理及特性 78

4.1.1 发电原理 78

4.1.2 电池系统特点 79

4.1.3 电池效率 81

4.2.2 阴极 82

4.2.1 阳极 82

4.2 电池的构成及制造方法 82

4.2.3 电解质基板 83

4.2.4 电解质 84

4.2.5 集流体/隔离板 85

4.2.6 电池堆 86

4.3 电池系统运行特性 86

4.3.1 MCFC的早期探索与目前水平 86

4.3.2 影响MCFC系统性能的主要因素 88

4.3.3 MCFC系统运行技术要点 90

4.4 电厂系统的构成 92

4.5.1 美国的研究开发现状 95

4.5 研究开发现状 95

4.5.2 日本的研究开发现状 98

4.5.3 欧洲的研究开发现状 98

4.6 技术开发课题 99

4.6.1 阴极材料的选择及其电化学反应的研究 99

4.6.2 阳极材料的选择及其电化学性能的研究 101

4.6.3 电解质组分的选择与添加剂的研究 101

4.6.5 电池本体所需解决的问题 102

4.6.4 电池耐腐蚀性能的研究 102

参考文献 103

第五章 固体氧化物燃料电池 106

5.1 发电原理 106

5.1.1 概述 106

5.1.2 固体氧化物燃料电池的工作原理 106

5.1.3 固体氧化物燃料电池的特点 109

5.2 固体氧化物燃料电池的组成材料与要求 111

5.2.1 固体电解质及其分类 111

5.2.2 固体氧化物电解质的组成及导电机制 113

5.2.3 阴极(空气电极)材料 119

5.2.4 阳极(燃料电极)材料 122

5.2.5 支承体、隔板及联接体材料 123

5.3 固体氧化物燃料电池的制造方法及结构形式 125

5.3.1 薄膜技术 125

5.3.2 圆管式结构 128

5.3.3 叠层波纹板式结构 131

5.3.4 平板式结构 133

5.4.1 美国的研究开发现状 135

5.4 研究开发现状 135

5.4.2 日本的研究开发现状 137

5.4.3 欧洲的研究开发现状 139

5.5 技术开发课题 139

5.5.1 材料的选择 139

5.5.2 电池元件制备工艺研究 140

参考文献 140

第六章 碱性燃料电池 141

6.1 概述 141

6.2.2 碱性燃料电池的特点 143

6.2 原理与特点 143

6.2.1 碱性燃料电池的发电原理 143

6.3 电池系统基本构成 144

6.3.1 电池结构 144

6.3.2 电极与催化剂 145

6.3.3 电池的排水与排热 147

6.4 电池运行特性 149

6.4.1 氧化剂对AFC运行特性的影响 149

6.4.2 工作温度对AFC运行特性的影响 150

6.4.3 工作压力对AFC运行特性的影响 150

6.4.4 电池系统运行实例 151

6.5 研究开发现状 153

6.5.1 美国的研究开发情况 153

6.5.2 欧洲的研究开发情况 154

6.5.3 日本的研究开发情况 156

6.5.4 我国的研究开发情况 156

6.6 技术开发课题 159

6.6.2 改善电池系统经济性 160

6.6.1 提高电池性能 160

参考文献 161

第七章 燃料电池中的电催化作用 162

7.1 概述 162

7.1.1 电催化原理 162

7.1.2 电催化剂的作用 163

7.1.3 燃料电池电催化剂的选择与设计 165

7.1.4 电催化剂材料的开发 167

7.2.1 氢的阳极氧化 168

7.2 阳极电催化 168

7.2.2 甲烷的阳极氧化 171

7.2.3 有机物的阳极氧化 180

7.3 氧的阴极还原 183

7.3.1 氧的阴极还原过程的特点 183

7.3.2 氧的阴极还原反应机理分析 183

7.3.3 氧的阴极还原催化剂 185

参考文献 189

附录一 国外燃料电池的研究与开发机构 190

附录二 有关燃料电池系统的缩写名词、术语及研究机构 202