氫能與燃料電池技術

前言

第1章 氫能1
1.1氫能來源1
1.1.1化石燃料制氫1
1.1.2工業副產氫6
1.1.3光解制氫10
1.1.4電解水制氫12
1.1.5生物制氫14
1.1.6國內外研究進展15
1.2氫能存儲17
1.2.1高壓氣態儲氫17
1.2.2液化儲氫18
1.2.3金屬氫化物儲氫19
1.2.4複合儲氫20
1.2.5其他儲氫技術21
1.3氫能運輸22
1.3.1氣態氫的運輸23
1.3.2液氫的運輸23
1.3.3氨作為載氫體24
1.3.4液態有機載氫體作為載氫體24
1.4氫能利用現狀與發展前景25
1.4.1國內氫能利用現狀與發展前景25
1.4.2國外氫能利用現狀與發展前景31
1.5氫能市場規模31
1.5.1全球市場規模32
1.5.2中國市場規模33
1.6氫能發展戰略34
1.6.1國際氫能發展戰略34
1.6.2中國氫能戰略38
思考題42

第2章 氫燃料電池43
2.1氫燃料電池發展史43
2.2氫燃料電池基本原理46
2.3氫燃料電池類型47
2.3.1質子交換膜燃料電池47
2.3.2固體氧化物燃料電池48
2.3.3直接甲醇燃料電池49
2.3.4磷酸燃料電池51
2.3.5鹼性燃料電池52
2.4氫燃料電池利用現狀與發展前景53
2.4.1氫燃料電池利用現狀53
2.4.2氫燃料電池發展前景55
2.5車用氫燃料電池系統55
2.5.1燃料重整供應系統55
2.5.2空氣供應系統55
2.5.3水管理系統56
2.5.4熱管理系統56
2.5.5直流交流逆變系統56
2.5.6控制系統56
2.5.7安全系統56
2.5.8水氣管理系統56
2.5.9熱回收系統57
思考題57

第3章 氫燃料電池核心元件及關鍵材料58
3.1膜電極組件58
3.1.1質子交換膜59
3.1.2催化劑64
3.1.3氣體擴散層67
3.1.4膜電極供應商70
3.2雙極板72
3.3電極材料的改進74
3.3.1pH值對反應的影響74
3.3.2陽極氫氧化反應75
3.3.3陰極氧還原反應77
3.3.4新型催化劑設想79
思考題80

第4章 氫燃料電池系統設計81
4.1燃料電池系統概述81
4.2電堆82
4.2.1基本概念82
4.2.2電堆組裝82
4.2.3電堆分類83
4.2.4競爭格局83
4.2.5技術趨勢84
4.2.6電堆供應商84
4.3供氫系統87
4.3.1直排流通模式87
4.3.2死端模式87
4.3.3再迴圈模式89
4.4空氣供應系統95
4.5水管理系統98
4.6熱管理系統99
4.7燃料電池系統集成效率、動力性及成本103
4.7.1燃料電池系統效率103
4.7.2燃料電池系統動力性104
4.7.3燃料電池系統成本104
思考題105

第5章 氫燃料電池技術經濟和環境效益106
5.1生命週期成本分析106
5.1.1生命週期成本概述106
5.1.2生命週期成本構成106
5.1.3生命週期成本測算方法107
5.1.4多角度氫燃料電池汽車生命週期成本模型108
5.2全生命週期評價110
5.2.1生命週期評價主要步驟110
5.2.2生命週期評價軟體112
5.2.3燃料週期環境影響模型112
5.2.4車輛週期環境影響模型114
5.3問題和討論115
思考題117

第6章 氫燃料電池汽車車身總佈置設計及優化118
6.1燃料電池汽車車身總佈置基本原則118
6.2燃料電池汽車車身總佈置設計方案119
6.2.1整車總佈置方案119
6.2.2整車控制方案設計121
6.3燃料電池汽車動力系統的設計122
6.4燃料電池汽車動力系統部件的選擇122
6.4.1驅動電機的選擇122
6.4.2動力蓄電池的選擇124
6.4.3燃料電池的選擇125
6.5燃料電池汽車動力系統部件參數計算126
6.5.1驅動電機參數的確定126
6.5.2燃料電池參數的確定128
6.5.3動力蓄電池參數的確定128
6.6燃料電池汽車供氫系統的佈置及設計129
6.6.1燃料電池汽車供氫系統的佈置方案129
6.6.2車載制氫式供氫系統129
6.6.3車載儲氫式供氫系統131
6.7供氫系統方案設計131
6.7.1供氫系統的功能要求132
6.7.2供氫系統的零部件方案設計132
6.7.3供氫系統的氣動系統設計方案133
6.8燃料電池汽車總佈置設計優化134
6.8.1總佈置方案對整車的影響134
6.8.2燃料電池汽車整車總佈置方案改進135
思考題136

第7章 氫燃料電池汽車動力總成設計方案137
7.1氫燃料電池汽車動力配置方案137
7.1.1純燃料電池驅動方案137
7.1.2燃料電池+蓄電池驅動方案138
7.1.3燃料電池+超級電容器驅動方案138
7.1.4燃料電池+蓄電池+超級電容器驅動方案139
7.1.5燃料電池+蓄電池+超高速飛輪驅動方案140
7.1.6插電式動力配置方案140
7.2動力系統參數匹配141
7.2.1氫燃料電池汽車整車結構參數與主要性能指標142
7.2.2驅動電機的選型及參數匹配142
7.2.3氫燃料電池的選型及參數匹配143
7.2.4動力蓄電池組的選型及參數匹配143
7.2.5傳動系統傳動比的匹配145
7.3氫燃料電池汽車動力總成模擬模型建立與分析147
7.3.1模擬軟體ADVISOR簡介147
7.3.2氫燃料電池汽車動力總成模擬模型的建立148
7.3.3整車參數和模擬參數輸入152
7.4氫燃料電池汽車重點企業分析156
7.4.1億華通U156
7.4.2濰柴動力157
7.4.3宇通客車158
思考題159

第8章 加氫站規劃設計160
8.1加氫站總體規劃佈局160
8.1.1加氫站的工作原理160
8.1.2加氫站的組成161
8.1.3站域交通流線分析162
8.1.4加氫站總平面佈置類型164
8.1.5建/構築物設計167
8.1.6加氫站安全管理措施169
8.2加氫站內參數設計170
8.2.1制氫系統170
8.2.2壓縮系統171
8.2.3儲氫系統172
8.2.4加注系統172
8.2.5控制系統172
8.3加氫站氣源設計173
8.3.1加氫站氣源設計的工作流程173
8.3.2加氫站氣源的可行性研究174
8.4加氫站應急預案175
8.4.1常見緊急事故應急預案175
8.4.2自然災害應急預案176
8.4.3人為潛在危害和非法行為應急預案178
8.5國內外加氫站建設現狀179
8.5.1國外加氫站建設現狀179
8.5.2國內加氫站建設現狀180
8.6國內加氫站案例分析183
8.6.1長清服務區加氫站183
8.6.2北京永豐加氫站186
思考題191

第9章 氫燃料電池技術及氫燃料電池汽車發展動態192
9.1世界氫燃料電池發展及運行192
9.1.1美國氫燃料電池發展192
9.1.2歐洲氫燃料電池發展193
9.1.3日本氫燃料電池發展194
9.1.4韓國氫燃料電池發展195
9.2國內氫燃料電池發展及運行196
9.2.1中國氫燃料電池相關政策196
9.2.2中國氫燃料汽車的市場發展198
9.2.3中國氫能產業發展規劃199
思考題199

參考文獻200