質子交換膜燃料電池催化劑漿料製備與應用






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	目錄第1章質子交換膜燃料電池催化劑漿料的組成、特點和發展趨勢 1.1 概述 001 1.1.1 燃料電池的研究現狀 001 1.1.2 燃料電池的發展簡史和分類 002 1.1.3 質子交換膜燃料電池的工作原理 003 1.1.4 質子交換膜燃料電池的催化層 005 1.1.5 質子交換膜燃料電池的催化劑漿料 005 1.2 質子交換膜燃料電池催化劑漿料的組成 007 1.2.1 載體 007 1.2.2 催化劑 011 1.2.3 離子聚合物 016 1.2.4 分散介質 018 1.3 質子交換膜燃料電池催化劑漿料的特點 019 1.3.1 I/C比 019 1.3.2 催化劑漿料的微觀結構 020 1.3.3 催化劑漿料的可加工性 021 1.4 質子交換膜燃料電池催化劑漿料的製備和應用發展趨勢 022 參考文獻 024 第2章催化劑漿料的分散 2.1 催化劑漿料分散特性 030 2.1.1 催化劑漿料分散的需求 030 2.1.2 催化劑漿料分散製備存在的問題 032 2.2 顆粒的分散 034 2.2.1 顆粒分散過程 034 2.2.2 催化劑顆粒分散特徵 037 2.2.3 顆粒與流體之間的關係 038 2.2.4 顆粒在液相中的分散與調控 042 2.2.5 顆粒在液相中分散的主要影響因素 046 2.3 催化劑漿料分散製備方法 048 2.3.1 機械攪拌 048 2.3.2 超聲分散 050 2.3.3 球磨分散 053 參考文獻 055 第3章催化劑漿料內部組分間的相互作用 3.1 離聚物的溶劑化作用 060 3.1.1 離聚物的性質 060 3.1.2 離聚物對溶劑的表面活性 062 3.1.3 離聚物的溶解 064 3.1.4 離聚物的解離 066 3.1.5 離聚物的濃度影響 069 3.2 溶劑與催化劑相互作用 071 3.2.1 溶劑與碳載體間的相互作用 071 3.2.2 溶劑對碳載體的潤濕行為 073 3.2.3 碳載體的結構形貌影響 073 3.2.4 溶劑與Pt金屬顆粒間的相互作用 075 3.3 離聚物與催化劑的相互作用 076 3.3.1 碳載體對離聚物的吸附作用 077 3.3.2 碳載體的比表面積影響 079 3.3.3 碳載體的石墨化程度影響 080 3.3.4 碳載體的表面官能團影響 081 3.3.5 鉑顆粒對離聚物的吸附作用 082 3.4 催化劑漿料各組分間的相互作用 083 3.4.1 離聚物在催化劑漿料中的行為 083 3.4.2 催化劑漿料中團簇顆粒凝聚行為 084 3.4.3 催化劑漿料的微觀結構 085 參考文獻 088 第4章催化劑漿料的穩定性 4.1 漿料團簇的沉降過程 091 4.1.1 漿料團簇的沉降理論 091 4.1.2 漿料團簇的擴散 092 4.1.3 漿料團簇沉降-擴散平衡 094 4.2 漿料團簇的團聚 095 4.2.1 催化劑漿料團簇的遷移理論 095 4.2.2 漿料團簇間相互作用 106 4.2.3 漿料團簇的分形結構 115 4.3 漿料中新物質的產生及影響 120 4.3.1 新物質的產生 120 4.3.2 新物質對漿料穩定性的影響 121 4.4 漿料穩定性的調控 122 4.4.1 組分調控 122 4.4.2 添加劑調控 126 4.4.3 製備工藝調控 128 參考文獻 130 第5章催化劑漿料的建模方法 5.1 密度泛函理論 136 5.1.1 基本理論 136 5.1.2 交換關聯近似與泛函 137 5.1.3 分子的構型優化 138 5.1.4 簇模型和週期平板模型 140 5.1.5 密度泛函理論的應用 141 5.2 格子玻爾茲曼法 142 5.2.1 格子玻爾茲曼法的基礎理論 142 5.2.2 格子玻爾茲曼法的作用力模型 144 5.2.3 格子玻爾茲曼法的初始和邊界條件 147 5.2.4 多相和多組分流體的格子玻爾茲曼法 150 5.2.5 格子玻爾茲曼法的應用 152 5.3 分子動力學模擬法 159 5.3.1 分子動力學模擬的基本理論 159 5.3.2 分子動力學模擬常用的分子力場 159 5.3.3 分子動力學模擬的技巧 161 5.3.4 分子動力學類比的流程 166 5.3.5 分子動力學模擬法的應用 169 5.4 顆粒離散元法 171 5.4.1 顆粒離散元法基本原理 171 5.4.2 顆粒離散元法求解過程 172 5.4.3 顆粒離散元模擬方法特點 173 5.4.4 顆粒離散元法的應用 174 參考文獻 176 第6章催化劑漿料的成膜技術及單電池性能研究 6.1 狹縫塗布 180 6.1.1 狹縫塗布簡介 180 6.1.2 狹縫塗布原理 181 6.1.3 狹縫塗布的影響因素 190 6.1.4 狹縫塗布製備催化劑塗敷膜 193 6.2 超聲噴塗 195 6.2.1 超聲噴塗簡介 195 6.2.2 超聲噴塗原理 196 6.2.3 超聲噴塗的影響因素 201 6.2.4 超聲噴塗製備催化劑塗敷膜 203 6.3 膜電極技術簡介 205 6.3.1 質子交換膜 206 6.3.2 催化層 206 6.3.3 擴散介質層 207 6.3.4 層間介面 209 6.3.5 邊框密封結構 210 6.4 單電池測試技術 217 6.4.1 燃料電池的極化原理與測試方法 217 6.4.2 電化學表徵方法及實例 223 6.4.3 電化學隔離加速測試方法 226 6.4.4 動態隔離工況加速 226 參考文獻 234 第7章基於資質催化劑漿料的質子交換膜燃料電池堆應用實例 7.1 燃料電池電堆技術簡介 238 7.1.1 電堆的組件與設計 238 7.1.2 電堆力學分析 241 7.1.3 電堆裝配流程與方法 246 7.2 千瓦級電堆基於乘用車NEDC 工況的耐久性驗證及衰減分析 254 7.2.1 電堆準備、測試條件及工況介紹 254 7.2.2 電堆性能衰減行為分析 255 7.2.3 電堆性能衰減機理分析 257 7.3 百千瓦級電堆耐久性驗證與應用 271 7.3.1 百千瓦級電堆基本性能測試 271 7.3.2 氫燃料電池重型載貨車工況耐久性驗證 273 7.3.3 氫燃料電池機車工況耐久性測試 275 7.3.4 氫燃料混合動力機車應用案例 276 參考文獻 277