質子交換膜燃料電池關鍵材料與技術

《質子交換膜燃料電池關鍵材料與技術》論述了質子交換膜燃料電池的基本原理、結構、性能、關鍵材料、發展現狀以及在交通運輸領域的應用。本書共分7章，內容包括質子交換膜燃料電池的發展史、工作原理、組成及特點；系統介紹了質子交換膜燃料電池的質子交換膜、催化劑、膜電極工藝、雙極板與流場、空氣壓縮機和氫迴圈泵、低溫啟動技術；綜述了質子交換膜燃料電池相關材料與技術的科研進展；總結了質子交換膜燃料電池的產業化進展；指出了質子交換膜燃料電池科學研究和產業化發展的方向。
 
本書內容力求全面,可供質子交換膜燃料電池研究和應用領域的工程技術人員、研究生、教學人員以及管理人員閱讀參考，也可供對質子交換膜燃料電池發展與應用感興趣的讀者閱讀。

第1章質子交換膜燃料電池簡介001
1．1燃料電池發展史001
1．2燃料電池的分類006
1．2．1質子交換膜燃料電池007
1．2．2鹼性燃料電池008
1．2．3熔融碳酸鹽燃料電池009
1．2．4固體氧化物燃料電池010
1．2．5直接甲醇燃料電池010
1．3質子交換膜燃料電池的基本原理011
1．4質子交換膜燃料電池的組成013
1．4．1催化劑材料013
1．4．2電解質膜014
1．4．3氣體擴散層016
1．4．4雙極板017
1．4．5空氣壓縮機018
1．5質子交換膜燃料電池的實際應用018
1．5．1燃料電池汽車018
1．5．2燃料電池軌道交通021
1．5．3燃料電池輪船動力023
參考文獻026

第2章催化劑材料及電催化機理研究進展027
2．1電極反應027
2．1．1陽極反應027
2．1．2陰極反應028
2．2ORR電催化機理028
2．2．1Pt表面的ORR反應機理029
2．2．2非貴金屬電催化劑的ORR反應機理030
2．3電催化劑的評價方法032
2．3．1三電極體系032
2．3．2單電池035
2．3．3催化劑研究目標037
2．4鉑黑催化劑038
2．4．1製備方法038
2．4．2晶面的影響039
2．4．3形貌的影響041
2．5Pt/C催化劑043
2．5．1粒徑大小043
2．5．2降解機制044
2．5．3載體045
2．6Pt-M合金催化劑048
2．6．1二元合金催化劑049
2．6．2多元合金催化劑051
2．7核殼結構電催化劑052
2．7．1製備方法052
2．7．2鉑殼層層數054
2．7．3鉑單原子層電催化劑055
2．8Pt單原子催化劑057
2．8．1製備方法057
2．8．2展望059
2．9非貴金屬催化劑059
2．9．1活性位060
2．9．2M-N-C電催化劑064
2．9．3Metal-Free電催化劑072
2．9．4單電池性能073
2．10展望076
參考文獻077

第3章質子交換膜084
3．1概況及要求084
3．2全氟磺酸質子交換膜086
3．3部分氟化質子交換膜089
3．4非氟化質子交換膜090
3．4．1聚苯並咪唑090
3．4．2聚醯亞胺091
3．4．3聚芳醚類聚合物092
3．4．4其他非氟聚合物093
3．5複合質子交換膜094
3．5．1PTFE增強型質子交換膜095
3．5．2基於全氟磺酸樹脂的有機-無機複合膜096
3．5．3基於其他樹脂的有機-無機複合膜098
3．5．4其他複合型質子交換膜100
參考文獻101

第4章膜電極106
4．1概況及要求106
4．1．1膜電極組成及功能106
4．1．2膜電極組件材料概況107
4．1．3膜電極要求108
4．1．4總結110
4．2熱壓法製備膜電極110
4．2．1熱壓法製備膜電極簡介110
4．2．2熱壓法製備膜電極研究進展111
4．2．3熱壓法製備典型過程114
4．2．4熱壓法總結115
4．3CCM法製備膜電極116
4．3．1CCM法簡介116
4．3．2CCM法膜電極研究進展116
4．3．3CCM製備方法120
4．3．4CCM法總結125
4．4有序化膜電極126
4．4．1有序化膜電極簡介126
4．4．2有序化膜電極類型126
4．4．3有序化膜電極總結128
4．5氣體擴散層129
4．5．1氣體擴散層簡介129
4．5．2氣體擴散層研究進展129
4．5．3氣體擴散層總結138
4．6膜電極壽命139
4．6．1簡介139
4．6．2質子交換膜失效140
4．6．3催化劑層失效142
4．6．4氣體擴散層失效143
4．6．5膜電極壽命總結和展望144
參考文獻145

第5章雙極板155
5．1概況及要求155
5．1．1雙極板的結構與功能156
5．1．2雙極板的性能要求157
5．2石墨雙極板159
5．3金屬雙極板161
5．3．1發展現狀161
5．3．2常用材料163
5．3．3製造工藝165
5．3．4表面處理技術170
5．3．5焊接工藝173
5．4複合雙極板173
5．4．1碳/碳複合板174
5．4．2熱固性複合板175
5．4．3熱塑性複合板176
5．5流場180
5．5．1流場類型180
5．5．2陰陽極流體流動方式183
5．5．3極板的區塊183
5．6新技術及發展趨勢186
5．6．1新材料186
5．6．2新製造工藝188
5．6．3不同材料和工藝的競爭188
5．6．4實驗室規模到量產規模的放大189
5．7總結189
參考文獻191

第6章空壓機、增濕器和氫迴圈泵197
6．1空壓機197
6．1．1概述197
6．1．2燃料電池對空壓機的特殊要求198
6．1．3空壓機關鍵性能指標198
6．1．4燃料電池空壓機主要類型及其特性202
6．2增濕器209
6．2．1概述209
6．2．2外部增濕210
6．2．3內增濕213
6．3氫迴圈泵215
6．3．1概述215
6．3．2氫迴圈泵的需求特性217
6．3．3氫迴圈泵的開發需求特性217
6．3．4引射器218
參考文獻220

第7章PEMFC低溫環境應用技術222
7．1概述222
7．2PEMFC低溫環境應用的技術挑戰222
7．2．1PEMFC低溫環境應用技術的研究意義223
7．2．2車用PEMFC低溫環境應用的技術要求224
7．3PEMFC低溫環境應用的衰減機理及對策225
7．3．1PEMFC低溫環境應用的核心問題及解決方向226
7．3．2PEMFC低溫環境應用的衰減研究227
7．4PEMFC低溫環境的應用策略232
7．4．1低溫環境的停車策略232
7．4．2低溫環境的啟動策略232
7．4．3低溫啟動技術專利發展及分佈情況233
7．4．4典型車企的技術現狀236
參考文獻237
索引238