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聚合物電解質燃料電池--材料和運行物理原理(精)

  • 作者:(德)邁克爾·艾克林//(俄羅斯)安德烈·庫伊科夫斯基|譯者:張明//萬成安//文陳//白晶瑩
  • 出版社:化學工業
  • ISBN:9787122315342
  • 出版日期:2019/05/01
  • 裝幀:精裝
  • 頁數:391
人民幣:RMB 168 元      售價:NT$ 756
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內容大鋼
    該書首先介紹了燃料電池的基本概念,然後重點對聚合物電解質膜的狀態、形成理論與模型、 膜內吸附與溶脹、質量傳輸;催化層結構與運行;催化劑性能模型以及具體的應用等進行了詳細的介紹。理論性較強,較多地涉及理論知識和模型的建立等,可供從事燃料電池,尤其是聚合物電解質燃料電池研究和應用的教師、學生、科學家和工程師參考。

作者介紹
(德)邁克爾·艾克林//(俄羅斯)安德烈·庫伊科夫斯基|譯者:張明//萬成安//文陳//白晶瑩

目錄
緒論
第1章  基本概念
  1.1  燃料電池的原理和基本布局
    1.1.1  燃料電池的自然界藍圖
    1.1.2  電動勢
    1.1.3  單節電池的基本構造
  1.2  燃料電池熱力學
  1.3  物質傳輸過程
    1.3.1  傳輸過程綜述
    1.3.2  流道中的空氣流動
    1.3.3  氣體擴散層和催化層中的傳輸
  1.4  電位
  1.5  熱產生和傳輸
    1.5.1  陰極催化層中的熱產生
    1.5.2  膜中熱產生
    1.5.3  水蒸氣
    1.5.4  熱傳導方程
  1.6  燃料電池的催化作用簡介
    1.6.1  電化學催化基本概念
    1.6.2  電化學動力學
  1.7  聚合物電解質燃料電池中的關鍵材料:聚合物電解質膜
    1.7.1  膜的研究
    1.7.2  基礎結構圖
    1.7.3  誰是質子最好的朋友?
    1.7.4  質子和水的耦合傳輸
  1.8  聚合物電解質燃料電池關鍵材料:多孔複合電極
    1.8.1  催化層形貌
    1.8.2  Pt的困境
    1.8.3  催化層設計
  1.9  Ⅰ型電極的性能
    1.9.1  理想電極的運行
    1.9.2  電極運行規則
    1.9.3  性能模型是什麼?
  1.10  燃料電池模型的空間尺度
第2章  聚合物電解質膜
  2.1  簡介
    2.1.1  聚合物電解質膜的結構和運行的基本原理
    2.1.2  導電能力評估
    2.1.3  PEM電導率:僅僅是組成的一個函數?
    2.1.4  理解PEM結構和性能的挑戰
  2.2  聚合物電解質膜的狀態
    2.2.1  PEM的化學結構和設計
    2.2.2  水的作用
    2.2.3  膜的結構:實驗研究
    2.2.4  膜的形貌:結構模型
    2.2.5  PEM中水和質子的動力學性質
  2.3  PEM結構形成理論和模型
    2.3.1  帶電聚合物在溶液中的聚集現象
    2.3.2  PEM自組裝的分子模型
    2.3.3  粗粒度的分子動力學模擬

  2.4  膜的水吸附和溶脹
    2.4.1  PEM中的水:分類體系
    2.4.2  水吸附現象
    2.4.3  水吸附模型
    2.4.4  毛細冷凝作用
    2.4.5  單孔內水吸收平衡
    2.4.6  水吸附和溶脹的宏觀效應
    2.4.7  水吸附模型的優點和限制
  2.5  質子傳輸
    2.5.1  水中的質子傳輸
    2.5.2  表面質子傳輸:為何麻煩?
    2.5.3  生物學和單體中的表面質子傳輸
    2.5.4  模擬表面質子傳輸:理論和計算
    2.5.5  單孔內質子傳輸的模擬
    2.5.6  界面質子動力學的原位演算法
    2.5.7  膜電導率的隨機網路模型
    2.5.8  電滲係數
  2.6  結束語
    2.6.1  自組裝的相分離膜形態學
    2.6.2  外界條件下的水吸附和溶脹
    2.6.3  水的結構和分佈
    2.6.4  質子和水的傳輸機制
第3章  催化層結構與運行
  3.1  質子交換膜燃料電池的能量來源
    3.1.1  催化層結構與性能的基本原理
    3.1.2  催化層中結構與功能的形成
    3.1.3  本章的概述和目標
  3.2  多孔電極的理論與建模
    3.2.1  多孔電極理論簡史
    3.2.2  誤解與存在爭議的問題
  3.3  如何評估CCL的結構設計?
    3.3.1  粒子半徑分佈的統計結果
    3.3.2  Pt利用率的實驗評估方法
    3.3.3  催化活性
    3.3.4  基於原子的Pt納米粒子利用率因子
    3.3.5  統計利用率因子
    3.3.6  非均勻反應速率分佈:效率因子
    3.3.7  氧消耗過程中的效率因子:一個簡單的例子
  3.4  理論和模型中的最高水平:多尺度耦合
  3.5  燃料電池催化劑的納米尺度現象
    3.5.1  粒子尺寸效應
    3.5.2  Pt納米粒子的內聚能
    3.5.3  電化學氧化中COad的活性和非活性位點
    3.5.4  Pt納米顆粒氧化產物的表面多向性
  3.6  Pt氧還原反應的電催化
    3.6.1  Sabatier-Volcano原理
    3.6.2  實驗觀察
    3.6.3  Pt氧化物形成和還原
    3.6.4  ORR反應的相關機制
    3.6.5  ORR反應的自由能

    3.6.6  解密ORR反應
    3.6.7  關鍵的說明
  3.7  水填充納米孔洞的ORR反應:靜電效應
    3.7.1  無離聚物的超薄催化層
    3.7.2  具有帶電金屬內壁的充水孔洞模型
    3.7.3  控制方程與邊界條件
    3.7.4  求解穩態模型
    3.7.5  界面的充電行為
    3.7.6  電位相關的靜電效應
    3.7.7  納米孔洞模型的評價
    3.7.8  納米質子燃料電池:一種新的設計規則?
  3.8  催化層的結構形式及其有效性質
    3.8.1  分子動力學模擬
    3.8.2  CLs原子尺度的MD模擬
    3.8.3  催化層溶液中自組裝結構的中等尺度模型
    3.8.4  粗粒度模型中力場的參數化
    3.8.5  計算細節
    3.8.6  微觀結構分析
    3.8.7  CLs中微觀結構的形成
    3.8.8  重新定義催化層中的離聚物結構
    3.8.9  催化層中自組裝現象:結論
  3.9  傳統CCL的結構模型和有效屬性
    3.9.1  催化層結構的實驗研究
    3.9.2  滲透理論的關鍵概念
    3.9.3  滲透理論在催化層性能中的應用
    3.9.4  交換電流密度
  3.10  結束語
第4章  催化層性能模擬
  4.1  催化層性能模型的基本構架
    4.1.1  催化層催化性能模型
    4.1.2  催化層的水:初步準備
  4.2  陰極催化層遷移和反應模型
  4.3  CCL運算標準模型
    4.3.1  具有恆定性能的宏觀均勻理論模型
    4.3.2  過渡區域:兩種極限情況
    4.3.3  MHM模型結構優化
    4.3.4  催化層中的水:水含量閾值
    4.3.5  CCL分級模型
  4.4  恆定係數的MHM:解析解
  4.5  理想情況下的質子轉移過程
    4.5.1  方程的簡化及解答
    4.5.2  低槽電流值(ζ0?1)
    4.5.3  高槽電流情況(ζ0?1)
    4.5.4  過渡區域
  4.6  氧氣擴散的理想狀態
    4.6.1  約化方程組和運動積分
    4.6.2  對於ε*?1和ε2*j20?1的情況
    4.6.3  ε2*20參數值較大的情況
    4.6.4  極化曲線的另一種簡化形式
    4.6.5  反應滲透深度

  4.7  弱氧擴散極限
    4.7.1  通過平面形狀
    4.7.2  極化曲線
    4.7.3  γ的表達式
    4.7.4  什麼時候氧氣擴散引起的電位降可以忽略不計?
  4.8  氧氣擴散引起的電位損失從較小到中等程度的極化曲線
      4.94.4?4.7  節備註
  4.10  直接甲醇燃料電池
    4.10.1  DMFC中的陰極催化層
    4.10.2  DMFC的陽極催化層
  4.11  催化層的優化
    4.11.1  引言
    4.11.2  模型
    4.11.3  擔載量優化
  4.12  催化層的熱通量
    4.12.1  引言
    4.12.2  基本方程
    4.12.3  低電流密度區域
    4.12.4  高電流密度區域
    4.12.5  熱通量的一般方程
    4.12.6  備註
第5章  應用
  5.1  應用章節介紹
  5.2  燃料電池模型中的聚合物電解質薄膜
  5.3  PEM中水的動態吸附及流體分佈
    5.3.1  膜電極中水的傳質
    5.3.2  PEM中水滲透作用的實驗研究
    5.3.3  PEM中水流的非原位模型
  5.4  燃料電池模型中膜的性能
    5.4.1  理想條件下膜的運行性能
    5.4.2  PEM運行的宏觀模型:一般概念了解
    5.4.3  水滲透模型的結果
    5.4.4  擴散與水滲透的比較
    5.4.5  膜中水分佈和水流
    5.4.6  總結:PEM的運行
  5.5  燃料電池的性能模型
    5.5.1  介紹
    5.5.2  GDL中氧氣的傳質損失
    5.5.3  流道中氧氣傳質導致的電壓損失
    5.5.4  極化曲線擬合
  5.6  催化層阻抗的物理模型
    5.6.1  引言
    5.6.2  RC並聯電路的阻抗
    5.6.3  CCL的阻抗
    5.6.4  混合的質子和氧氣傳質極限
    5.6.5  DMFC陰極的阻抗
  5.7  PEM燃料電池陰極的阻抗
    5.7.1  模型假設
    5.7.2  陰極催化層的阻抗
    5.7.3  GDL內的氧氣傳質

    5.7.4  流道內的氧氣傳質
    5.7.5  數值解和阻抗
    5.7.6  局域譜圖和總譜圖
    5.7.7  恆定的化學計量比與恆定的氧氣流
  5.8  燃料分佈不均導致的碳腐蝕
    5.8.1  PEFCs中氫氣耗竭導致的碳腐蝕
    5.8.2  DMFC中由於甲醇耗盡導致的碳和Ru的腐蝕
  5.9  PEM燃料電池陽極的盲點
    5.9.1  模型
    5.9.2  電流雙電層
參考文獻
縮略語
命名

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