筆者愛(ài)做夢(mèng)，一個(gè)催化工作者的夢(mèng)。追夢(mèng)是一大樂(lè )趣。夢(mèng)想的實(shí)現需要持之以恒的付出。筆者自從上海師范大學(xué)特聘教授退下來(lái)的2010年開(kāi)始，堅持以每天2000字的節拍，竟然完成了催化基礎和應用的460萬(wàn)字的7本書(shū)的寫(xiě)作出版。
筆者與燃料電池也是有緣分的。在20世紀80年代末和90年代初，于中國科學(xué)院煤炭化學(xué)研究所籌建“煤轉化國家實(shí)驗室”的遠期計劃中就寫(xiě)上了要開(kāi)展燃料電池研究；作為第一屆實(shí)驗室主任身體力行，讓研究生開(kāi)展超細粒子技術(shù)制備固體電解質(zhì)氧化鈣穩定氧化鋯的研究，結果令人鼓舞。后來(lái)在浙江大學(xué)工作期間，有機會(huì )繼續與研究生和國內訪(fǎng)問(wèn)學(xué)者一道從事中溫固體氧化物電解質(zhì)的制備和研究。21世紀初，應臺灣大學(xué)的邀請，筆者帶一位博士后到臺灣繼續做中溫固體氧化物燃料電池電解質(zhì)材料的制備研究。因此，對燃料電池技術(shù)有著(zhù)某種偏愛(ài)和熱衷，一直關(guān)心其發(fā)展。直到幾年前，在收集和閱讀燃料電池最新文獻中，由于國外一作者對我國燃料電池企業(yè)存在的疏忽和漠視才激起了筆者編寫(xiě)有關(guān)燃料電池技術(shù)書(shū)籍的沖動(dòng)和欲望，這得到了化學(xué)工業(yè)出版社的大力支持并予以正式立項。鑒于過(guò)去20多年的累積和少量制備研究經(jīng)驗，再加上近2～3年中大量閱讀有關(guān)燃料電池資料和文獻，特別是近期的文獻，形成了本書(shū)的寫(xiě)作基礎。
燃料電池是建立未來(lái)可再生能源體系的關(guān)鍵技術(shù)之一，是可持續的潔凈電源技術(shù)?？蓮V泛用于固定應用、運輸應用和便攜式應用的廣泛領(lǐng)域。燃料電池發(fā)展歷史已經(jīng)超過(guò)200年，經(jīng)歷了多次高潮和低潮。由于科學(xué)家和工程技術(shù)人員的努力研究，在燃料電池不同領(lǐng)域取得一個(gè)又一個(gè)的突破，到21世紀已經(jīng)進(jìn)入場(chǎng)地試驗和商業(yè)化。但燃料電池仍然有一些技術(shù)障礙需要解決，特別是成本和耐用性問(wèn)題。
目前國內已經(jīng)有一些介紹低溫質(zhì)子交換膜燃料電池和高溫的固體氧化物燃料電池的書(shū)籍，通常都是介紹燃料電池一般技術(shù)概念、組件材料和應用，側重于燃料電池的某一個(gè)領(lǐng)域。對燃料電池進(jìn)入商業(yè)化階段的技術(shù)狀態(tài)似乎沒(méi)有足夠的重視，于是更堅定筆者把著(zhù)眼點(diǎn)放在商業(yè)化發(fā)展階段的燃料電池技術(shù)，試圖從進(jìn)入商業(yè)化的視角較全面地介紹燃料電池技術(shù)。由于燃料電池有多種類(lèi)型，是綜合技術(shù)，涉及多個(gè)領(lǐng)域和多方面的內容，如燃料電池的應用市場(chǎng)和商業(yè)化產(chǎn)品、燃料電池主要部件和材料，以及制造技術(shù)和應用潛力、面對的挑戰等。撰寫(xiě)進(jìn)入商業(yè)化燃料電池技術(shù)原打算包括最重要兩類(lèi)燃料電池，即低溫【聚合物電解質(zhì)燃料電池（PEFC）】和高溫燃料電池【固體氧化物燃料電池（SOFC）】。沒(méi)有料想到，內容意想不到的豐富，因此，作者改變初衷，打算撰寫(xiě)燃料電池三部曲：《低溫燃料電池：快速商業(yè)化技術(shù)》（重點(diǎn)是PEFC）、《固體氧化物燃料電池技術(shù)》和《氫：化學(xué)品、能源和能量載體》，本書(shū)是其中的第一部，介紹了進(jìn)入商業(yè)化的低溫聚合物電解質(zhì)燃料電池技術(shù)。
全書(shū)分為九章。在緒論中，不僅簡(jiǎn)要介紹燃料電池發(fā)展的200多年歷史和燃料電池發(fā)展的主要推動(dòng)力，還介紹了我國的燃料電池技術(shù)發(fā)展情況。
第2章，對燃料電池操作的基礎知識做了介紹，包括主要類(lèi)型、操作原理、特征特色以及燃料電池熱力學(xué)原理和不同類(lèi)型燃料電池間的比較。重點(diǎn)對質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）的電化學(xué)原理、單元池與電池堆和電池系統以及參數影響等做了介紹和討論。
接下來(lái)的兩章詳細介紹燃料電池的實(shí)際應用。
第3章，在詳細介紹燃料電池應用的快速增長(cháng)和重要應用領(lǐng)域，以及能夠與熱引擎和電池競爭的各類(lèi)型燃料電池的商業(yè)化發(fā)展后，較為詳細介紹了燃料電池在便攜式電子設備（手機、平板電腦、收音機、攝像機、電動(dòng)玩具、工具、遙控器和應急燈等）中的應用，以及生產(chǎn)便攜式燃料電池產(chǎn)品的主要國際公司。再詳細介紹作為電源的各種固定應用，如應急電源（EPS）或不間斷電源（UPS）、偏遠地區的電力系統（RAPS）以及生產(chǎn)這些燃料電池產(chǎn)品的工業(yè)企業(yè)。特別詳細介紹了在與各種熱電產(chǎn)品競爭中快速發(fā)展的燃料電池熱電聯(lián)產(chǎn)（FC CHP）和冷熱電三聯(lián)產(chǎn)（FC CCHP）商業(yè)化產(chǎn)品以及生產(chǎn)這些產(chǎn)品的主要公司，尤其是微熱電聯(lián)產(chǎn)產(chǎn)品及生產(chǎn)廠(chǎng)家。最后介紹燃料電池與其他發(fā)電技術(shù)的集成以提高燃料的利用效率，降低溫室氣體排放。
第4章，詳細介紹燃料電池在運輸部門(mén)的應用，重點(diǎn)是在車(chē)輛中的應用，包括輕載燃料電池車(chē)輛、重載燃料電池車(chē)輛、氫燃料電池大客車(chē)及其在各個(gè)國家的發(fā)展。也介紹了重要燃料電池公司如Ballard和汽車(chē)制造商如德國的Daimler、美國的Ford和GM、日本的Toyota和Honda、韓國的Hyundai及中國公司在發(fā)展燃料電池汽車(chē)中做出的貢獻以及它們生產(chǎn)銷(xiāo)售的燃料電池汽車(chē)。燃料電池在船舶推進(jìn)、航空器中的應用，以及燃料電池作為輔助功率單元（APU）也做了較詳細介紹。
在接下來(lái)的三章詳細介紹低溫聚合物電解質(zhì)燃料電池的組件，特別是膜電極裝配體（MEA）及其構建材料。
第5章，詳細介紹應用于MEA的聚合物電解質(zhì)膜（PEM）材料，以及它們應滿(mǎn)足的一些性質(zhì)，如尺寸穩定性、優(yōu)良的物理化學(xué)耐用性、電子傳導絕緣性和高質(zhì)子電導率等，以及它們的特點(diǎn)、弱點(diǎn)和制備改性技術(shù)。介紹的聚合物膜有：有機聚合物膜、陶瓷聚合物膜、有機-無(wú)機復合聚合物膜。在最重要的有機聚合物膜材料中，對全氟化離子交聯(lián)聚合物如普遍使用的Nafion、部分氟化聚合物、非氟化聚合物（包括烴類(lèi)）、非氟化（包括烴類(lèi)）復合物、有芳烴骨架的非氟化膜和酸堿復合物，都進(jìn)行了討論和敘述。除陽(yáng)離子交換膜外也介紹了陰離子交換膜。
第6章，深入地介紹了MEA中的陽(yáng)極催化劑、陰極催化劑、載體材料，及其制備改性方法。為提高鉑基催化劑性能，深入探討了合金化、結構形貌控制以及特殊形狀如中空、納米結構薄膜催化劑的制備和試驗。對非鉑催化劑和一維催化劑的發(fā)展也做了敘述。對燃料電池的催化劑載體，主要對碳載體做了詳細介紹，包括炭黑、各種形態(tài)碳材料如碳納米管、石墨烯、碳納米纖維、介孔碳等。對非碳載體也做了介紹。
第7章，討論了雙極板（BP）和氣體擴散層材料及燃料電池設計制造技術(shù)。介紹了制造BP板用熱固性和熱塑性聚合物及其填充劑和加工方法。接著(zhù)介紹金屬雙極板，主要是不銹鋼及其防腐涂層材料和制造的沖壓和液壓方法。然后討論雙極板的設計和制造，包括材料選擇和制造技術(shù)。對燃料電池核心部件膜電極裝配體（MEA）的設計裝配和制造做了較詳細敘述，涉及膜、催化劑層、氣體擴散層的設計和制作以及MEA的制造技術(shù)。最后介紹聚合物電解質(zhì)燃料電池的裝配和制造，內容包括MEA、流動(dòng)場(chǎng)板、氣體擴散層、裝配壓縮工藝（包括模塊化壓縮）及其影響參數等。對燃料電池性能標準的一些常用方法也做了簡(jiǎn)要介紹。
第8章專(zhuān)門(mén)敘述聚合物電解質(zhì)燃料電池面對的主要挑戰，包括高成本、低耐用性、不完善的氫公用設施和商業(yè)化壁壘。對聚合物電解質(zhì)膜燃料電池進(jìn)行了成本分析，指出降低MEA和工廠(chǎng)平衡（BOP）設備成本的重要性。并對為降低燃料電池成本和增加其耐用性在燃料電池材料和組件發(fā)展中取得的進(jìn)展進(jìn)行了介紹，包括緩解低溫燃料電池與水管理相關(guān)降解和高溫質(zhì)子交換膜燃料電池降解的方法。
在最后的新概念燃料電池一章中，主要介紹了四種新概念燃料電池：①可逆再生燃料電池，重點(diǎn)是整體集成再生質(zhì)子交換膜燃料電池（UR-PEMFC）和整體再生固體氧化物燃料電池（UR-SOFC）；②微生物燃料電池及其在利用污水有機物（廢物）產(chǎn)生電力和氫中的應用；③直接液體燃料電池，包括直接乙醇、乙二醇、甲酸鹽和硼氫化物燃料電池；④直接固體燃料燃料電池，也即直接碳燃料電池，內容包括類(lèi)型、工作原理、單一電池性能和新體系設計。
衷心感謝中科合成油技術(shù)股份有限公司、浙江大學(xué)催化研究所和浙江新和成股份有限公司的朋友在寫(xiě)作過(guò)程中給予的關(guān)心、幫助和支持；同時(shí)感謝浙江大學(xué)化學(xué)系資料室在文獻資料收集中給予的方便和幫助；也感謝在資料收集和寫(xiě)作過(guò)程中家人給予的幫助、支持和理解。
由于筆者本人的水平和經(jīng)驗所限以及時(shí)間相對倉促，不足之處在所難免，敬請同行專(zhuān)家學(xué)者以及廣大讀者批評指正，不勝感謝。

陳誦英     
于浙江大學(xué)西溪校區  

《低溫燃料電池：快速商業(yè)化技術(shù)》全面詳細闡述了快速進(jìn)入商業(yè)化的低溫燃料電池技術(shù)，重點(diǎn)介紹聚合物電解質(zhì)燃料電池。書(shū)中首先簡(jiǎn)要描述燃料電池發(fā)展歷史及其商品和示范產(chǎn)品的應用和市場(chǎng)；接著(zhù)詳細闡述質(zhì)子交換膜燃料電池組件和構建材料（聚合物膜、催化劑、氣體擴散層、雙極板等），以及組件的制造技術(shù)、商業(yè)化挑戰及其解決技術(shù)；最后介紹了新概念低溫燃料電池（可逆再生燃料電池、微生物燃料電池、直接液體燃料電池和直接固體燃料電池）。
本書(shū)可作為從事能源、電源電力、材料、化學(xué)化工，特別是燃料電池研發(fā)、設計和工程技術(shù)人員、管理人員的參考資料，也可供高等院校能源、電源電力、材料、化學(xué)化工等相關(guān)專(zhuān)業(yè)研究生、高年級本科生參考學(xué)習。

第1章 緒論	001
1.1 能源資源利用及發(fā)展趨勢	002
1.1.1 能源資源	002
1.1.2 全球能源需求和消費	003
1.1.3 能源資源利用歷史趨勢	005
1.1.4 零碳能源	006
1.2 全球能源革命	006
1.3 可持續的能源技術(shù)	008
1.4 氫能源和氫經(jīng)濟概念	011
1.4.1 氫燃料和氫經(jīng)濟概念	011
1.4.2 氫經(jīng)濟的推動(dòng)力	013
1.4.3 氫經(jīng)濟研究發(fā)展的國際合作	013
1.5 中國氫經(jīng)濟	014
1.5.1 中國氫經(jīng)濟發(fā)展主要推動(dòng)力	016
1.5.2 中國氫能源發(fā)展總體目標、技術(shù)路線(xiàn)和優(yōu)勢	018
1.5.3 中國氫經(jīng)濟發(fā)展預測	019
1.5.4 中國能源低碳化發(fā)展任重道遠	020
1.6 能量轉換技術(shù)與氫燃料電池	020
1.6.1 氫燃料和燃料電池	021
1.6.2 能量轉換技術(shù)及其比較	022
1.7 燃料電池發(fā)展200年	026
1.8 燃料電池技術(shù)在中國	030
1.8.1 資金支持	030
1.8.2 中國燃料電池研發(fā)簡(jiǎn)史	031
1.8.3 燃料電池發(fā)展示范	032
1.8.4 中國燃料電池應用領(lǐng)域	033
1.9 中國燃料電池發(fā)展展望	037

第2章 燃料電池技術(shù)基礎	042
2.1 概述	042
2.2 燃料電池的主要類(lèi)型	044
2.2.1 堿燃料電池（AFC）	044
2.2.2 磷酸燃料電池（PAFC）	045
2.2.3 固體氧化物燃料電池（SOFC）	047
2.2.4 熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）	048
2.2.5 質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）	049
2.2.6 直接甲醇燃料電池（DMFC）	051
2.2.7 小結	053
2.3 燃料電池特征和特色	057
2.3.1 降低有害污染物排放	058
2.3.2 高效率	058
2.3.3 模塊化	059
2.3.4 快速負荷跟隨	059
2.3.5 安靜性質(zhì)	060
2.3.6 應用范圍廣和燃料靈活性	060
2.3.7 高成本	060
2.3.8 低耐用性	061
2.3.9 氫公用基礎設施	061
2.3.10 水平衡	061
2.3.11 伴生負荷	062
2.4 不同燃料電池技術(shù)的比較	062
2.4.1 燃料電池技術(shù)特征比較	062
2.4.2 燃料電池應用	064
2.5 氫燃料電池熱力學(xué)分析	065
2.5.1 燃料電池反應熱力學(xué)	065
2.5.2 燃料電池中的不可逆性	068
2.6 PEMFC氫燃料電池的電化學(xué)原理	069
2.6.1 引言	069
2.6.2 氫燃料電池可逆效率	070
2.6.3 可逆電壓	071
2.6.4 反應物流速的影響	073
2.6.5 燃料電池的極化	074
2.6.6 燃料電池系統效率	081
2.6.7 燃料電池系統評價(jià)因子	082
2.7 單元池、電池堆和電池系統	082
2.7.1 單元池	082
2.7.2 電池堆	086
2.7.3 燃料電池系統	088
2.8 燃料電池操作條件影響	097
2.8.1 引言	097
2.8.2 控制水量和增濕的方法	098
2.8.3 冷卻方式	100
2.8.4 反應物氣體濕度對池性能的影響	101
2.8.5 入口氣體溫度的影響	104
2.8.6 操作溫度效應	106
2.8.7 氧分壓（氧化劑類(lèi)型）效應	108

第3章 燃料電池的應用和市場(chǎng)Ⅰ：便攜式應用和固定應用	109
3.1 概述	109
3.1.1 能量轉換裝置	112
3.1.2 燃料電池與熱引擎和電池間的競爭	112
3.1.3 燃料電池分類(lèi)和世界主要發(fā)展商	112
3.2 燃料電池的應用領(lǐng)域	113
3.2.1 引言	113
3.2.2 2008～2012年間燃料電池市場(chǎng)的增長(cháng)	115
3.3 燃料電池便攜式應用	118
3.4 燃料電池固定應用—分布發(fā)電單元（DG）	122
3.4.1 引言	122
3.4.2 燃料電池固定應用的商業(yè)化發(fā)展	123
3.4.3 各類(lèi)燃料電池DG應用的商業(yè)化發(fā)展	124
3.5 燃料電池固定應用：應急電源和偏遠地區電力系統	131
3.5.1 應急電源（EPS）或不間斷電源（UPS）	131
3.5.2 偏遠地區電力系統（RAPS）	133
3.6 燃料電池微CHP及其應用	134
3.6.1 熱電聯(lián)產(chǎn)（CHP）技術(shù)	134
3.6.2 商業(yè)可利用的燃料電池微CHP產(chǎn)品	140
3.7 燃料電池CHP系統	143
3.7.1 引言	143
3.7.2 燃料電池CHP分類(lèi)和組件	144
3.7.3 燃料電池與CHP	146
3.7.4 CHP（FC-CHP）在不同部門(mén)中的應用	147
3.7.5 燃料電池CHP的優(yōu)缺點(diǎn)	150
3.7.6 FC-CHP系統的缺點(diǎn)	154
3.8 FC-CHP系統現狀	155
3.8.1 引言	155
3.8.2 FC-CHP在亞洲的發(fā)展	156
3.8.3 FC-CHP在歐洲的發(fā)展	158
3.8.4 FC-CHP系統在美洲的發(fā)展	159
3.8.5 FC-CHP在南非的發(fā)展	159
3.8.6 FC-CHP系統在澳大利亞的發(fā)展	159
3.9 FC-CHP系統的操作和成本	160
3.9.1 引言	160
3.9.2 耐用性和系統壽命	161
3.9.3 啟動(dòng)時(shí)間	163
3.9.4 性能降解	163
3.9.5 瞬時(shí)應答特性和優(yōu)化操作時(shí)間	163
3.9.6 FC-CHP系統的成本	163
3.9.7 運行成本	165
3.10 燃料電池三聯(lián)產(chǎn)系統（FC-CCHP）	165
3.10.1 引言	165
3.10.2 FC-CCHP系統的應用	168
3.11 燃料電池與其他發(fā)電裝置的集成	170
3.11.1 引言	170
3.11.2 SOFC與氣體透平組合	172
3.11.3 SOFC與蘭開(kāi)夏循環(huán)集成	174
3.11.4 燃氣透平（CT）與SOFC的組合	175
3.11.5 SOFC組合技術(shù)在船舶上的應用	176

第4章 燃料電池的應用和市場(chǎng)Ⅱ：運輸應用	178
4.1 概述	178
4.1.1 引言	178
4.1.2 燃料電池在運輸部門(mén)的應用	179
4.1.3 燃料電池運輸應用的商業(yè)化發(fā)展	181
4.2 電動(dòng)車(chē)輛	185
4.2.1 引言	185
4.2.2 車(chē)輛分類(lèi)	186
4.3 輕型燃料電池牽引車(chē)輛（LTV）	192
4.4 輕載燃料電池電動(dòng)車(chē)輛（L-FCEV）	195
4.4.1 一般描述	195
4.4.2 排放降低	198
4.4.3 氫燃料	198
4.5 重載燃料電池電動(dòng)車(chē)輛（H-FCEV）	201
4.5.1 引言	201
4.5.2 H-FCEV的發(fā)展實(shí)例	204
4.5.3 FCEV成本	205
4.6 氫燃料電池大客車(chē)的發(fā)展和示范試驗	205
4.6.1 引言	205
4.6.2 電動(dòng)大巴技術(shù)概述	206
4.6.3 電動(dòng)大巴市場(chǎng)趨勢	207
4.6.4 燃料電池電動(dòng)大巴在各國的發(fā)展簡(jiǎn)況	208
4.6.5 美國燃料電池大巴	210
4.6.6 歐洲燃料電池大巴	213
4.6.7 加拿大燃料電池大巴	215
4.6.8 電動(dòng)大巴的性能特色	219
4.6.9 燃料電池大巴（FCEB）的成就和挑戰	224
4.7 燃料電池車(chē)輛中的燃料電池和氫燃料問(wèn)題以及計劃目標	225
4.7.1 燃料電池技術(shù)	225
4.7.2 氫公用基礎設施	229
4.7.3 計劃和目標	231
4.8 燃料電池在航空器中的應用	233
4.9 燃料電池應用于船舶推進(jìn)	235
4.9.1 引言	235
4.9.2 船上應用燃料電池的項目和研究	235
4.9.3 潛艇	241
4.9.4 船舶用燃料電池	243
4.10 燃料電池輔助功率單元	244
4.10.1 對輔助功率單元的需求	244
4.10.2 燃料電池輔助功率單元市場(chǎng)應用分析	246
4.10.3 SOFC輔助功率單元樣機	252
4.10.4 高溫PEMFC燃料電池輔助功率單元（HT-PEMFC APU）	254

第5章 PEFC材料和制造Ⅰ：聚合物電解質(zhì)	257
5.1 概述	257
5.1.1 聚合物電解質(zhì)燃料電池	257
5.1.2 聚合物電解質(zhì)膜	258
5.1.3 中低溫燃料電池聚合物電解質(zhì)膜分類(lèi)	260
5.2 聚合物電解質(zhì)膜材料	261
5.2.1 全氟磺酸離子交聯(lián)聚合物	261
5.2.2 部分氟化聚合物	265
5.2.3 非氟化聚合物	266
5.2.4 聚合物摻合物	267
5.2.5 無(wú)水聚合物—酸堿復合物	268
5.2.6 聚合物電解質(zhì)膜的質(zhì)子電導率	269
5.2.7 可替代Nafion的聚合物電解質(zhì)膜小結	270
5.2.8 聚合物電解質(zhì)膜的基礎研究	271
5.3 中溫和低濕度磺化烴類(lèi)膜	272
5.3.1 引言	272
5.3.2 高性能磺化烴類(lèi)PEM	274
5.3.3 磺化烴類(lèi)PEM的物理化學(xué)調變	280
5.3.4 表面改性—氟化PEM	283
5.3.5 熱退火	285
5.4 高溫酸摻雜PBI電解質(zhì)膜	287
5.4.1 引言	287
5.4.2 PBI基高溫PEMFC	288
5.4.3 高溫操作HT-PEMFC的主要優(yōu)缺點(diǎn)	288
5.4.4 PBI聚合物膜	289
5.4.5 酸摻雜聚苯并咪唑膜	290
5.4.6 PBI的合成和改性	291
5.4.7 PBI膜的制作和改性	292
5.4.8 PBI膜燃料電池初步性能	293
5.4.9 酸堿絡(luò )合物膜	293
5.5 陶瓷PEM膜材料	295
5.6 PEM中的質(zhì)子傳導機理	296
5.7 復合物質(zhì)子交換膜	297
5.7.1 引言	297
5.7.2 聚合物復合物膜的概念和設計	302
5.7.3 聚合物復合物膜的材料	305
5.7.4 有機-無(wú)機納米復合物PEM的制備	311
5.7.5 不同類(lèi)型聚合物復合物膜	315
5.7.6 聚合物復合膜小結	324
5.8 陰離子交換膜材料	325
5.8.1 引言	325
5.8.2 SAFC對陰離子交換膜的要求	327
5.8.3 陰離子交換膜	327
5.8.4 AAEMFC應用要解決的問(wèn)題	329

第6章 PEFC材料和制造Ⅱ：催化劑和載體	332
6.1 概述	332
6.2 鉑基催化劑	333
6.2.1 引言	333
6.2.2 單Pt電催化劑	334
6.2.3 Pt催化劑上HOR和ORR的機理	335
6.2.4 影響Pt催化劑性能的因素	336
6.3 Pt合金催化劑	338
6.4 Pt基催化劑的結構形貌控制	340
6.4.1 粒子大小效應	340
6.4.2 粒子形貌效應	341
6.5 核殼結構催化劑	346
6.5.1 核殼結構和應變效應	346
6.5.2 單一金屬納米粒子作為核材料	346
6.5.3 金屬合金納米核材料	347
6.6 中空結構納米粒子催化劑	349
6.6.1 引言	349
6.6.2 Pt中空納米粒子	349
6.6.3 合金中空納米粒子	350
6.7 納米結構薄膜催化劑	352
6.7.1 引言	352
6.7.2 納米結構薄膜催化劑和MEA的制備	355
6.7.3 NSTF和Pt/C型MEA的比較	355
6.7.4 3M納米結構薄膜催化劑層的特色和挑戰	358
6.7.5 催化劑層組分和結構的優(yōu)化	359
6.8 非鉑催化劑	362
6.8.1 引言	362
6.8.2 過(guò)渡金屬絡(luò )合物催化劑	363
6.8.3 酞菁配體過(guò)渡金屬大環(huán)催化劑	364
6.8.4 卟啉配體過(guò)渡金屬大環(huán)催化劑	368
6.8.5 其他大環(huán)配體過(guò)渡金屬大環(huán)催化劑	370
6.8.6 碳混雜物作為堿燃料電池中ORR電催化劑	371
6.8.7 小結	372
6.9 一維納米結構電催化劑	374
6.9.1 引言	374
6.9.2 PEMFC應用1D納米結構的優(yōu)點(diǎn)	374
6.9.3 PEMFC應用的1D納米結構催化劑制備	375
6.9.4 1D納米結構催化劑的發(fā)展	376
6.9.5 烴類(lèi)氧化反應的1D 納米結構催化劑	381
6.9.6 1D Pt基納米結構PEMFC電極	386
6.9.7 1D納米結構催化劑小結	388
6.10 電催化劑碳載體材料	389
6.10.1 引言	389
6.10.2 炭黑	391
6.10.3 納米結構碳材料	393
6.10.4 碳載體與催化劑間的相互作用	401
6.10.5 載體材料的選擇標準	403
6.11 非碳和金屬氧化物載體	404
6.11.1 引言	404
6.11.2 金屬氧化物載體	404
6.11.3 Ti化合物載體	405
6.11.4 含錫化合物	407
6.11.5 二氧化硅	408
6.11.6 鎢化合物	409
6.11.7 硫酸氧鋯	410
6.11.8 導電聚合物	410
6.11.9 混合載體	411
6.11.10 小結	412

第7章 PEFC材料和制造Ⅲ：BP和燃料電池設計制造技術(shù)	413
7.1 碳基材料雙極板	413
7.1.1 引言	413
7.1.2 雙極板用聚合物	414
7.1.3 成型方法	415
7.1.4 填充劑	416
7.1.5 聚合物復合物BP的性質(zhì)	419
7.2 金屬雙極板	421
7.2.1 引言	421
7.2.2 不銹鋼BP材料	424
7.2.3 不銹鋼的涂層	424
7.2.4 非鐵合金和涂層	427
7.2.5 金屬BP的成型—沖壓和液壓	428
7.2.6 金屬BP的離子污染	430
7.2.7 小結	431
7.3 雙極板設計和制造	432
7.3.1 雙極板設計	432
7.3.2 雙極板材料選擇	435
7.3.3 雙極板制造	438
7.3.4 碳基復合物BP的制作	441
7.4 多孔氣體擴散層（GDL）	442
7.4.1 大孔基質(zhì)（MPS）	442
7.4.2 微孔層（MPL）	443
7.4.3 MPL組件和制備模式	443
7.4.4 氣體和液體水在GDL（MPL和MPS）中的傳輸	444
7.5 MEA設計裝配和制造	444
7.5.1 引言	444
7.5.2 MEA設計	446
7.5.3 MEA制造	452
7.6 PEFC裝配和制造	458
7.6.1 引言	458
7.6.2 膜電極裝配體	459
7.6.3 流動(dòng)場(chǎng)板	459
7.6.4 氣體擴散層	461
7.6.5 裝配壓縮效應	463
7.6.6 影響裝配壓縮的因素	468
7.6.7 裝配壓縮對性能參數的影響	469
7.6.8 池堆壓縮的方法	473
7.6.9 壓縮裝配小結	476
7.7 燃料電池性能測試表征	476
7.7.1 極化曲線(xiàn)	477
7.7.2 阻抗譜	477
7.7.3 電流截斷方法	479
7.7.4 伏安法	480
7.7.5 其他原位測量技術(shù)	481
7.7.6 離位表征	481
7.7.7 加速老化試驗	484

第8章 聚合物電解質(zhì)燃料電池技術(shù)面對的挑戰	488
8.1 概述	488
8.1.1 引言	488
8.1.2 燃料電池工業(yè)的現時(shí)狀態(tài)	490
8.1.3 未來(lái)目標	491
8.1.4 條碼、標準、安全和公眾醒悟	494
8.2 燃料電池面對的主要挑戰	494
8.2.1 高成本	494
8.2.2 低耐用性	495
8.2.3 氫公用設施	495
8.2.4 商業(yè)化壁壘	495
8.3 PEMFC成本的綜合分析	497
8.3.1 引言	497
8.3.2 成本分析類(lèi)型	498
8.3.3 膜和催化劑成本降低對PEMFC成本的重要性	501
8.3.4 小結	503
8.4 燃料電池材料和組件進(jìn)展	504
8.4.1 引言	504
8.4.2 聚合物電解質(zhì)膜	505
8.4.3 催化劑層	508
8.4.4 PEMFC的先進(jìn)性能	516
8.4.5 PEMFC的耐用性	517
8.4.6 池堆	517
8.4.7 組件降解和緩解方法小結	518
8.5 關(guān)系到水管理的降解和緩解方法	519
8.5.1 引言	519
8.5.2 PEMFC中的水平衡	520
8.5.3 水分布和傳輸	520
8.5.4 水保留和累積	525
8.5.5 緩解策略（對水保留和累積引起的降解）	531
8.5.6 在PEMFC中的水傳輸	535
8.5.7 水管理小結	537
8.6 直接甲醇燃料電池的耐用性和恢復技術(shù)	538
8.6.1 引言	538
8.6.2 DMFC操作耐用性的現時(shí)狀態(tài)	538
8.6.3 在DMFC長(cháng)期操作期間的性能降解	540
8.6.4 性能恢復技術(shù)	548
8.6.5 DMFC性能降解和恢復技術(shù)小結	550
8.7 高溫PEMFC的降解和緩解技術(shù)	551
8.7.1 引言	551
8.7.2 HT-PEMFC的降解和緩解	553
8.7.3 操作條件引起的降解和緩解	557
8.7.4 原位診斷作為緩解技術(shù)	560
8.7.5 HT-PEMFC降解和緩解技術(shù)小結	561

第9章 新概念燃料電池	562
9.1 可逆再生燃料電池	563
9.1.1 引言	563
9.1.2 整體再生質(zhì)子交換膜燃料電池（UR-PEMFC）	569
9.1.3 固體氧化物電解池SOEC和可再生固體氧化物燃料電池（RSOFC）	579
9.2 微生物燃料電池	581
9.2.1 引言	581
9.2.2 微生物燃料電池的設計	583
9.2.3 MFC中的生物陰極	586
9.2.4 微生物燃料電池性能	588
9.2.5 MFC的應用	589
9.2.6 MFC的未來(lái)	591
9.3 微生物燃料電池處理污水	591
9.3.1 引言	591
9.3.2 污水處理過(guò)程的能量消耗和回收	592
9.3.3 MFC優(yōu)勢和原理	595
9.3.4 MFC移去有機物質(zhì)	598
9.3.5 MFC移去營(yíng)養物質(zhì)	600
9.3.6 MFC移去金屬	601
9.3.7 源分離	602
9.3.8 現時(shí)的挑戰和潛在的機遇	603
9.4 微生物電解池	606
9.4.1 可持續處理廢水的微生物電解池	606
9.4.2 電極、膜和反應器構型	607
9.4.3 實(shí)驗室或半中試規模MEC用于污水處理	610
9.4.4 中試規模MEC處理WW	613
9.4.5 經(jīng)濟和環(huán)境考慮	614
9.4.6 MEC使用展望：挑戰和未來(lái)前景	616
9.5 直接液體燃料電池	618
9.5.1 引言	618
9.5.2 直接乙醇燃料電池	621
9.5.3 直接乙二醇燃料電池	627
9.5.4 直接甲酸鹽燃料電池	631
9.5.5 直接硼氫化物燃料電池	638
9.6 直接固體燃料電池	641
9.6.1 引言	641
9.6.2 直接碳燃料電池	642
9.6.3 DCFC基礎描述	643
9.6.4 熔融氫氧化物DCFC	643
9.6.5 熔融碳酸鹽DCFC	645
9.6.6 氧離子傳導DCFC	646

參考文獻	652

附錄	662