PEM燃料电池：理论与实践（原书第2版） 下载 mobi epub pdf 电子书 2024

编辑推荐

　　原书第1版的出版在国际范围内具有很大的影响力，原书第2版是结合了当今的PEM燃料电池技术进行的改版，影响力继续扩大。本书将理论与实践紧密结合，不仅能用于教学，而且对实际设计和工程具有直接的应用价值。

内容简介

　　本书主要介绍了质子交换膜（PEM）燃料电池的原理、设计及实际应用等内容。全书内容共计12章，其中第1章概述了燃料电池的特点及发展历程；第2章和第3章分别介绍了燃料电池的化学、热动力学及电化学的相关内容；第4章分析了燃料电池的主要部件及其特性；第5章和第6章分别讨论了燃料电池的工作条件及其电池组的设计；第7~9章则讲述了电池的建模、故障诊断及系统设计；第10章对燃料电池的应用进行了总结；第11章讨论了燃料电池实际应用中的一个重要问题——电池耐久性；第12章则对燃料电池的未来进行了展望。书中很多章的末尾还辅以问题和测验，有助于读者掌握各章相关内容。

目录

译者序

原书序

原书第2版前言

原书第1版前言和致谢

第1章绪论

1.1什么是燃料电池

1.2燃料电池简史

1.3燃料电池的类型

1.4PEM燃料电池如何工作

1.5为何需要燃料电池

1.6燃料电池的应用

参考文献

第2章燃料电池化学和热力学基础

2.1基本反应

2.2反应热

2.3氢的高热值和低热值

2.4理论电功

2.5燃料电池的理论电势

2.6温度效应

2.7燃料电池的理论效率

2.8卡诺效率的神话

2.9压力效应

2.10小结

问题

测验

参考文献

第3章燃料电池的电化学

3.1电极反应动力学

3.1.1反应速率

3.1.2反应常数:转移系数

3.1.3电流与电位的关系：巴特勒�参侄�默方程

3.1.4交换电流密度

3.2电压损耗

3.2.1活化极化

3.2.2内部电流和渗透损耗

3.2.3电阻（欧姆）损耗

3.2.4浓度极化

3.3电池电势：极化曲线

3.4燃料电池的电势分布

3.5极化曲线的参数灵敏度

3.5.1转移系数/塔菲尔斜率的影响

3.5.2交换电流密度的影响

3.5.3氢渗透和内部电流损耗的影响

3.5.4内阻的影响

3.5.5极限电流密度的影响

3.5.6工作压力的影响

3.5.7空气与氧气对比

3.5.8工作温度的影响

3.6燃料电池效率

3.7燃料电池极化曲线的含义和用途

3.7.1由极化曲线得到的其他曲线

3.7.2极化曲线的线性近似

3.7.3利用极化曲线改变燃料电池的尺寸

问题

测验

参考文献

第4章电池主要部件、材料特性和过程

4.1电池描述

4.2膜

4.2.1吸水性

4.2.2物理特性

4.2.3质子电导率

4.2.4水传输

4.2.5气体渗透

4.2.6高温膜

4.3电极

4.4气体扩散层

4.4.1处理和涂层

4.4.2孔隙度

4.4.3电导率

4.4.4可压缩性

4.4.5渗透性

4.5双极板

4.5.1材料

4.5.2特性

问题

测验

参考文献

第5章燃料电池的工作条件

5.1工作压力

5.2工作温度

5.3反应物流量

5.4反应物湿度

5.5燃料电池的质量平衡

5.5.1入口流量

5.5.2出口流量

5.6燃料电池的能量平衡

问题

测验

参考文献

第6章电池组设计

6.1燃料电池组的尺寸

6.2电池组结构

6.3反应物对各电池单元均匀分布

6.4反应物在电池单元内部均匀分布

6.4.1流场形状

6.4.2流场朝向

6.4.3通道结构

6.4.4通道形状、尺寸和间距

6.4.5流场压降

6.5燃料电池组散热

6.5.1电池组的热平衡

6.5.2热传导

6.5.3主动散热

6.5.4通过自然对流和辐射的电池组散热

6.5.5电池组冷却的备选方法

6.6电池组夹紧结构

问题

测验

参考文献

第7章燃料电池建模

7.1理论和控制方程

7.1.1质量守恒

7.1.2动量守恒

7.1.3能量守恒

7.1.4组分守恒

7.1.5电荷守恒

7.2建模域

7.3建模示例

7.3.1通过膜的一维模型

7.3.2一维催化剂层模型

7.3.3二维通道上方模型

7.3.4沿通道的二维模型

7.3.5三维模型

7.3.6通过气体扩散层模型/孔隙网络模型

7.4小结

问题

测验

参考文献

第8章燃料电池故障诊断

8.1电化学技术

8.1.1极化曲线

8.1.2电流中断

8.1.3电化学阻抗光谱学

8.1.4其他电化学方法

8.2物理和化学方法

8.2.1组分分布映射

8.2.2温度分布

8.2.3电流分布映射

8.3小结

问题

测验

参考文献

第9章燃料电池系统设计

9.1氢/氧系统

9.1.1氧供应

9.1.2氢供应

9.1.3水/热处理：系统集成

9.2氢/空气系统

9.2.1空气供应

9.2.2被动式空气供应

9.2.3氢供应

9.2.4增湿方案

9.2.5水/热处理：系统集成

9.3具有燃料处理器的燃料电池系统

9.3.1基本过程和反应

9.3.2蒸汽重组

9.3.3部分氧化和自热重组

9.3.4重组对燃料电池性能的影响

9.3.5系统集成

9.4电气子系统

9.5系统效率

问题

测验

参考文献

第10章燃料电池的应用

10.1交通运输应用

10.1.1汽车

10.1.2公共汽车

10.1.3多用途汽车

10.1.4摩托车和自行车

10.2固定电源

10.2.1固定式燃料电池系统的分类

10.2.2系统结构

10.2.3整个燃料电池系统的效率

10.2.4燃料电池系统的经济性

10.3备用电源

10.4用于小型便携式电源的燃料电池

10.5可再生燃料电池及其应用

10.5.1折中设计

10.5.2可再生燃料电池的应用

问题

测验

参考文献

第11章聚合物电解质燃料电池的耐久性

11.1简介

11.2本章主要内容与组织结构

11.3性能损失的类型

11.3.1极化变化曲线的关键极限情况

11.3.2实际极化变化曲线分析

11.4与不同类型的损失有关的PEFC组件

11.4.1催化活性损失

11.4.2欧姆损失

11.4.3反应物质量传输损失

11.4.4向外泄漏、反应物渗透和电气短路

11.5工作条件

11.5.1电势需求

11.5.2温度

11.5.3电解质和湿度

11.6加速测试方法

11.7小结和未来展望

致谢

参考文献

第12章未来的燃料电池和氢

12.1简介

12.2氢燃料简史

12.3氢能源技术

12.3.1制氢技术

12.3.2储氢技术

12.3.3运输和分配技术

12.3.4氢能利用技术

12.3.5氢作为燃料的安全性

12.4目前的全球能源系统是否可持续

12.5未来预测

12.6未来可持续能源系统

12.7氢过渡或“负氢经济”

12.8未来能源革命

12.9小结

参考文献

前言/序言

　　原书第2版前言

　　《PEM燃料电池：理论与实践》写于2005年，它是我希望与年轻一代工程师和科学家分享知识的结果，我在燃料电池研究和开发前沿的经历中收获了这些知识。我学习到的燃料电池知识中的大部分是从在设计、建造、测试和评估燃料电池堆和系统以及使它们在实际应用中工作的亲身体验里搜集而得。近7年以来，我已经持续地开展了PEM燃料电池的研究与开发，但我仍只是勉强同意来准备本书的第2版，因为我担心本领域快速发展的本质将使本书非常过时。然而，在完成初的手稿过程中我意识到，尽管近的7年里燃料电池技术已经取得了巨大的进步这一点毋庸置疑，但至少本书中所涵盖的PEM燃料电池工程和工作的基础并未改变很多。这也就是说，需要增加一些新的材料、新的设计、新的诊断方法，以及根据多年来本领域经验得出的一些有价值的反馈。因此，我们已经进一步发展了对影响选择材料、结构、性能和寿命那些过程的一个更细致的理解。

　　在认识到这个领域发展的多面性后，有关诊断的章节已经由这一特定领域的专家——来自温哥华市加拿大国家研究院燃料电池创新研究所的Haijiang Wang博士重新撰写。

　　在认识到燃料电池的耐久性非常重要后，我决定新增加一章关于PEM燃料电池耐久性的内容，并且我邀请了另一位专业人士——来自美国康涅狄格州东哈特福德联合科技研究中心的Michael Perry博士，由他来编写这一章的内容。我借此机会向Wang博士和Perry博士宝贵的工作表示感谢。

　　新材料尤其是膜和催化剂的进展已经在有关主要电池元件、材料特性以及过程的那些章节里进行了阐述。

　　在关于燃料电池工作条件的章节里，我已经增加了我的同事——来自丹麦奥尔堡大学Torsten Berning关于以废气露点温度作为选择工作条件准则的观点。我也向他表示感谢。

　　在过去的7年时间里，已经发表了大量关于燃料电池建模的文章，其涵盖了不同的领域和物理现象以及许多新的建模方法和技术。与改进的诊断技术相联系的这些模型已经更好地给出了对燃料电池工作复杂性的理解，尤其是在有关燃料电池工作中水的作用方面。本书第1版中关于燃料电池模型的章节编排如下：首先给出描述质量、动量、能量、组分和电荷守恒的基本控制方程，然后给出针对不同领域它们在建模中的应用实例，即透过膜，在通道和表面上、沿通道以及在三维空间中。在第2版相关的章节里，我决定保持同样的编排，因为它们有效地涵盖了基本原理。但是，我增加了一个关于经多孔网络模型来对气体扩散层里的水传输进行建模的实例，在解释多孔燃料电池结构里所具有的奇特水行为的那些新模型里，该模型具有代表性。

　　第2版已经适时地更新了整本书中的图片、照片以及表格，在关于燃料电池应用的章节里尤其为甚。另增加了一些来自美国能源部的氢和燃料电池计划的表格，这些表格显示了当前各种应用的状态和技术目标。其他所有章节已经被再次编辑和校正或者根据需要进行了更新。

　　我想要对那些在联合国工业发展组织国际氢能源科技中心，斯普利特大学（克罗地亚）电气、机械与船舶学院，以及怀俄明大学的我的学生和博士后表示感谢，他们找出的一些错误、错别字以及含糊的陈述帮助我改进了第1版的内容。

　　我用本书作为讲授一整学期燃料电池工程课程以及难以计数的短期课程的课本。在此过程中，这些年来我已经准备了几千幅的幻灯片来与本书配套。用本书讲授燃料电池这门课程的老师可在本书的网站上获取到这些幻灯片，我建议使用这些幻灯片作为讲授内容的核心并且随燃料电池出现新发展时将其加入到这些幻灯片里以增加趣味性。每一章的后提供了大量的可指派为家庭作业的问题，答案将会展示在本书网站中一个有密码保护的教师版块里。除此之外，每一章后有一些测验，我发现这些测验非常有用，不仅可以评价学生的学习进度也可以用来评价教师的教学效果。每一次测验之后，我进行统计分析以找出大多数学生未能正确回答的问题，然后我再重新回顾课程的相关内容。

　　我希望本书第2版的出版将会增加全世界参与制造更好、更经济燃料电池的教师、学生、科学家和工程师的相互分享经验的机会。将本书献给他们所有人。

　　后，我希望对Elsevier出版社的Jill Leonard和Tiffany Gasbarrini所给予的指导、支持、鼓励以及尤其是在本书第2版的准备过程中他们付出的耐心表示感谢。

　　Frano Barbir

　　克罗地亚，斯普利特大学电气、机械与船舶学院，2012年6月

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