PEM燃料電池：理論與實踐（原書第2版） 下載 mobi epub pdf 電子書 2024

編輯推薦

　　原書第1版的齣版在國際範圍內具有很大的影響力，原書第2版是結閤瞭當今的PEM燃料電池技術進行的改版，影響力繼續擴大。本書將理論與實踐緊密結閤，不僅能用於教學，而且對實際設計和工程具有直接的應用價值。

內容簡介

　　本書主要介紹瞭質子交換膜（PEM）燃料電池的原理、設計及實際應用等內容。全書內容共計12章，其中第1章概述瞭燃料電池的特點及發展曆程；第2章和第3章分彆介紹瞭燃料電池的化學、熱動力學及電化學的相關內容；第4章分析瞭燃料電池的主要部件及其特性；第5章和第6章分彆討論瞭燃料電池的工作條件及其電池組的設計；第7~9章則講述瞭電池的建模、故障診斷及係統設計；第10章對燃料電池的應用進行瞭總結；第11章討論瞭燃料電池實際應用中的一個重要問題——電池耐久性；第12章則對燃料電池的未來進行瞭展望。書中很多章的末尾還輔以問題和測驗，有助於讀者掌握各章相關內容。

目錄

譯者序

原書序

原書第2版前言

原書第1版前言和緻謝

第1章緒論

1.1什麼是燃料電池

1.2燃料電池簡史

1.3燃料電池的類型

1.4PEM燃料電池如何工作

1.5為何需要燃料電池

1.6燃料電池的應用

參考文獻

第2章燃料電池化學和熱力學基礎

2.1基本反應

2.2反應熱

2.3氫的高熱值和低熱值

2.4理論電功

2.5燃料電池的理論電勢

2.6溫度效應

2.7燃料電池的理論效率

2.8卡諾效率的神話

2.9壓力效應

2.10小結

問題

測驗

參考文獻

第3章燃料電池的電化學

3.1電極反應動力學

3.1.1反應速率

3.1.2反應常數:轉移係數

3.1.3電流與電位的關係：巴特勒�參侄�默方程

3.1.4交換電流密度

3.2電壓損耗

3.2.1活化極化

3.2.2內部電流和滲透損耗

3.2.3電阻（歐姆）損耗

3.2.4濃度極化

3.3電池電勢：極化麯綫

3.4燃料電池的電勢分布

3.5極化麯綫的參數靈敏度

3.5.1轉移係數/塔菲爾斜率的影響

3.5.2交換電流密度的影響

3.5.3氫滲透和內部電流損耗的影響

3.5.4內阻的影響

3.5.5極限電流密度的影響

3.5.6工作壓力的影響

3.5.7空氣與氧氣對比

3.5.8工作溫度的影響

3.6燃料電池效率

3.7燃料電池極化麯綫的含義和用途

3.7.1由極化麯綫得到的其他麯綫

3.7.2極化麯綫的綫性近似

3.7.3利用極化麯綫改變燃料電池的尺寸

問題

測驗

參考文獻

第4章電池主要部件、材料特性和過程

4.1電池描述

4.2膜

4.2.1吸水性

4.2.2物理特性

4.2.3質子電導率

4.2.4水傳輸

4.2.5氣體滲透

4.2.6高溫膜

4.3電極

4.4氣體擴散層

4.4.1處理和塗層

4.4.2孔隙度

4.4.3電導率

4.4.4可壓縮性

4.4.5滲透性

4.5雙極闆

4.5.1材料

4.5.2特性

問題

測驗

參考文獻

第5章燃料電池的工作條件

5.1工作壓力

5.2工作溫度

5.3反應物流量

5.4反應物濕度

5.5燃料電池的質量平衡

5.5.1入口流量

5.5.2齣口流量

5.6燃料電池的能量平衡

問題

測驗

參考文獻

第6章電池組設計

6.1燃料電池組的尺寸

6.2電池組結構

6.3反應物對各電池單元均勻分布

6.4反應物在電池單元內部均勻分布

6.4.1流場形狀

6.4.2流場朝嚮

6.4.3通道結構

6.4.4通道形狀、尺寸和間距

6.4.5流場壓降

6.5燃料電池組散熱

6.5.1電池組的熱平衡

6.5.2熱傳導

6.5.3主動散熱

6.5.4通過自然對流和輻射的電池組散熱

6.5.5電池組冷卻的備選方法

6.6電池組夾緊結構

問題

測驗

參考文獻

第7章燃料電池建模

7.1理論和控製方程

7.1.1質量守恒

7.1.2動量守恒

7.1.3能量守恒

7.1.4組分守恒

7.1.5電荷守恒

7.2建模域

7.3建模示例

7.3.1通過膜的一維模型

7.3.2一維催化劑層模型

7.3.3二維通道上方模型

7.3.4沿通道的二維模型

7.3.5三維模型

7.3.6通過氣體擴散層模型/孔隙網絡模型

7.4小結

問題

測驗

參考文獻

第8章燃料電池故障診斷

8.1電化學技術

8.1.1極化麯綫

8.1.2電流中斷

8.1.3電化學阻抗光譜學

8.1.4其他電化學方法

8.2物理和化學方法

8.2.1組分分布映射

8.2.2溫度分布

8.2.3電流分布映射

8.3小結

問題

測驗

參考文獻

第9章燃料電池係統設計

9.1氫/氧係統

9.1.1氧供應

9.1.2氫供應

9.1.3水/熱處理：係統集成

9.2氫/空氣係統

9.2.1空氣供應

9.2.2被動式空氣供應

9.2.3氫供應

9.2.4增濕方案

9.2.5水/熱處理：係統集成

9.3具有燃料處理器的燃料電池係統

9.3.1基本過程和反應

9.3.2蒸汽重組

9.3.3部分氧化和自熱重組

9.3.4重組對燃料電池性能的影響

9.3.5係統集成

9.4電氣子係統

9.5係統效率

問題

測驗

參考文獻

第10章燃料電池的應用

10.1交通運輸應用

10.1.1汽車

10.1.2公共汽車

10.1.3多用途汽車

10.1.4摩托車和自行車

10.2固定電源

10.2.1固定式燃料電池係統的分類

10.2.2係統結構

10.2.3整個燃料電池係統的效率

10.2.4燃料電池係統的經濟性

10.3備用電源

10.4用於小型便攜式電源的燃料電池

10.5可再生燃料電池及其應用

10.5.1摺中設計

10.5.2可再生燃料電池的應用

問題

測驗

參考文獻

第11章聚閤物電解質燃料電池的耐久性

11.1簡介

11.2本章主要內容與組織結構

11.3性能損失的類型

11.3.1極化變化麯綫的關鍵極限情況

11.3.2實際極化變化麯綫分析

11.4與不同類型的損失有關的PEFC組件

11.4.1催化活性損失

11.4.2歐姆損失

11.4.3反應物質量傳輸損失

11.4.4嚮外泄漏、反應物滲透和電氣短路

11.5工作條件

11.5.1電勢需求

11.5.2溫度

11.5.3電解質和濕度

11.6加速測試方法

11.7小結和未來展望

緻謝

參考文獻

第12章未來的燃料電池和氫

12.1簡介

12.2氫燃料簡史

12.3氫能源技術

12.3.1製氫技術

12.3.2儲氫技術

12.3.3運輸和分配技術

12.3.4氫能利用技術

12.3.5氫作為燃料的安全性

12.4目前的全球能源係統是否可持續

12.5未來預測

12.6未來可持續能源係統

12.7氫過渡或“負氫經濟”

12.8未來能源革命

12.9小結

參考文獻

前言/序言

　　原書第2版前言

　　《PEM燃料電池：理論與實踐》寫於2005年，它是我希望與年輕一代工程師和科學傢分享知識的結果，我在燃料電池研究和開發前沿的經曆中收獲瞭這些知識。我學習到的燃料電池知識中的大部分是從在設計、建造、測試和評估燃料電池堆和係統以及使它們在實際應用中工作的親身體驗裏搜集而得。近7年以來，我已經持續地開展瞭PEM燃料電池的研究與開發，但我仍隻是勉強同意來準備本書的第2版，因為我擔心本領域快速發展的本質將使本書非常過時。然而，在完成初的手稿過程中我意識到，盡管近的7年裏燃料電池技術已經取得瞭巨大的進步這一點毋庸置疑，但至少本書中所涵蓋的PEM燃料電池工程和工作的基礎並未改變很多。這也就是說，需要增加一些新的材料、新的設計、新的診斷方法，以及根據多年來本領域經驗得齣的一些有價值的反饋。因此，我們已經進一步發展瞭對影響選擇材料、結構、性能和壽命那些過程的一個更細緻的理解。

　　在認識到這個領域發展的多麵性後，有關診斷的章節已經由這一特定領域的專傢——來自溫哥華市加拿大國傢研究院燃料電池創新研究所的Haijiang Wang博士重新撰寫。

　　在認識到燃料電池的耐久性非常重要後，我決定新增加一章關於PEM燃料電池耐久性的內容，並且我邀請瞭另一位專業人士——來自美國康涅狄格州東哈特福德聯閤科技研究中心的Michael Perry博士，由他來編寫這一章的內容。我藉此機會嚮Wang博士和Perry博士寶貴的工作錶示感謝。

　　新材料尤其是膜和催化劑的進展已經在有關主要電池元件、材料特性以及過程的那些章節裏進行瞭闡述。

　　在關於燃料電池工作條件的章節裏，我已經增加瞭我的同事——來自丹麥奧爾堡大學Torsten Berning關於以廢氣露點溫度作為選擇工作條件準則的觀點。我也嚮他錶示感謝。

　　在過去的7年時間裏，已經發錶瞭大量關於燃料電池建模的文章，其涵蓋瞭不同的領域和物理現象以及許多新的建模方法和技術。與改進的診斷技術相聯係的這些模型已經更好地給齣瞭對燃料電池工作復雜性的理解，尤其是在有關燃料電池工作中水的作用方麵。本書第1版中關於燃料電池模型的章節編排如下：首先給齣描述質量、動量、能量、組分和電荷守恒的基本控製方程，然後給齣針對不同領域它們在建模中的應用實例，即透過膜，在通道和錶麵上、沿通道以及在三維空間中。在第2版相關的章節裏，我決定保持同樣的編排，因為它們有效地涵蓋瞭基本原理。但是，我增加瞭一個關於經多孔網絡模型來對氣體擴散層裏的水傳輸進行建模的實例，在解釋多孔燃料電池結構裏所具有的奇特水行為的那些新模型裏，該模型具有代錶性。

　　第2版已經適時地更新瞭整本書中的圖片、照片以及錶格，在關於燃料電池應用的章節裏尤其為甚。另增加瞭一些來自美國能源部的氫和燃料電池計劃的錶格，這些錶格顯示瞭當前各種應用的狀態和技術目標。其他所有章節已經被再次編輯和校正或者根據需要進行瞭更新。

　　我想要對那些在聯閤國工業發展組織國際氫能源科技中心，斯普利特大學（剋羅地亞）電氣、機械與船舶學院，以及懷俄明大學的我的學生和博士後錶示感謝，他們找齣的一些錯誤、錯彆字以及含糊的陳述幫助我改進瞭第1版的內容。

　　我用本書作為講授一整學期燃料電池工程課程以及難以計數的短期課程的課本。在此過程中，這些年來我已經準備瞭幾韆幅的幻燈片來與本書配套。用本書講授燃料電池這門課程的老師可在本書的網站上獲取到這些幻燈片，我建議使用這些幻燈片作為講授內容的核心並且隨燃料電池齣現新發展時將其加入到這些幻燈片裏以增加趣味性。每一章的後提供瞭大量的可指派為傢庭作業的問題，答案將會展示在本書網站中一個有密碼保護的教師版塊裏。除此之外，每一章後有一些測驗，我發現這些測驗非常有用，不僅可以評價學生的學習進度也可以用來評價教師的教學效果。每一次測驗之後，我進行統計分析以找齣大多數學生未能正確迴答的問題，然後我再重新迴顧課程的相關內容。

　　我希望本書第2版的齣版將會增加全世界參與製造更好、更經濟燃料電池的教師、學生、科學傢和工程師的相互分享經驗的機會。將本書獻給他們所有人。

　　後，我希望對Elsevier齣版社的Jill Leonard和Tiffany Gasbarrini所給予的指導、支持、鼓勵以及尤其是在本書第2版的準備過程中他們付齣的耐心錶示感謝。

　　Frano Barbir

　　剋羅地亞，斯普利特大學電氣、機械與船舶學院，2012年6月

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