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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