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質子交換膜燃料電池堆/碳中和交通出版工程氫能燃料電池動力系統系列

  • 作者：編者:明平文//李冰|責編:王婕|總主編:余卓平
  • 出版社：機械工業
  • ISBN：9787111738312
  • 出版日期：2024/02/01
  • 裝幀：平裝
  • 頁數：424
人民幣：RMB 199 元      售價：元
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內容大鋼
    本書是圍繞我國「碳中和」發展目標和《新能源汽車產業發展規劃（2021—2035年）》發展願景，為構建「碳中和」交通體系而編寫的「碳中和交通出版工程·氫能燃料電池動力系統系列」之一。
    質子交換膜燃料電池堆（簡稱電堆）是氫能載運工具及熱電聯供動力系統的核心器件。近年來，汽車用燃料電池相關基礎理論和共性技術發展得很快，質子交換膜燃料電池堆步入了商業化前期軌道。本書首先介紹了電堆概述、電堆的工作原理與指標，其次介紹了電堆的性能設計、電堆的使用特性與系統匹配、電堆的壽命與可靠性保障、電堆典型故障成因及糾正預防措施、電堆的製造工藝與質量監測等相關基礎共性技術，最後提出了電堆材料的進階需求，列舉了電堆的概念設計流程。本書融合了電堆理論知識和作者十余年的工程實踐經驗，極具現實指導意義。
    本書可供高等院校師生、製造業企業和研究機構的工程技術研究人員及對電堆製造感興趣的讀者閱讀。
作者介紹
編者:明平文//李冰|責編:王婕|總主編:余卓平
目錄
叢書序
前言
第1章  概述
  1.1  質子交換膜燃料電池簡史
  1.2  我國PEMFC發展簡史
  1.3  PEMFC分類
    1.3.1  不同方式的分類
    1.3.2  典型的應用系統架構
  1.4  PEMFC的電堆結構
    1.4.1  電堆模塊
    1.4.2  供氣分配機構
    1.4.3  電堆緊固結構
    1.4.4  電堆絕緣結構
    1.4.5  電堆密封結構
    1.4.6  單電池
  參考文獻
第2章  電堆的工作原理與指標
  2.1  電極過程
    2.1.1  電極過程熱力學
    2.1.2  電極過程動力學
    2.1.3  極化過程及伏安曲線
  2.2  水熱管理
    2.2.1  水與熱的生成
    2.2.2  水的氣液兩相
    2.2.3  水熱狀態與離子電導
  2.3  導電與導熱
    2.3.1  電子傳輸與內電阻
    2.3.2  熱量傳導與內部溫度
  2.4  物質傳遞過程
    2.4.1  反應與吸附
    2.4.2  水在膜中的輸運
    2.4.3  跨尺度擴散
    2.4.4  液態水的排除
  2.5  流體分佈特性
    2.5.1  二維流場分佈
    2.5.2  三維流場分佈
    2.5.3  非線性分佈
  參考文獻
第3章  電堆的性能設計
  3.1  電堆的性能要求與結構
    3.1.1  堆疊技術簡介
    3.1.2  電堆堆疊要求及關鍵部件
  3.2  單元電池反應區的設計
    3.2.1  極化曲線的展開標定與目標設定
    3.2.2  活化極化的改進
    3.2.3  歐姆極化的改進
    3.2.4  傳質極化的改進
    3.2.5  傳熱與換熱結構
    3.2.6  體積功率密度的提升
  3.3  單元電池導流區的設計

  3.4  單元電池流場區的設計
  3.5  電堆總孔、恆溫與節間分配設計
  3.6  電堆密封結構與夾緊設計
  3.7  電堆導電結構與絕緣措施
    3.7.1  電堆導電結構
    3.7.2  電堆絕緣措施
  參考文獻
第4章  電堆的使用特性與系統匹配
  4.1  電堆的電容特性與電路匹配
    4.1.1  電力調節
    4.1.2  電力轉化
    4.1.3  監控系統
    4.1.4  電力供給管理系統
    4.1.5  電容特性
  4.2  電堆的供氣系統與壓力匹配
    4.2.1  氫氣供給子系統
    4.2.2  空氣供給子系統
    4.2.3  壓力控制與匹配
  4.3  電堆的測試系統與條件模擬
    4.3.1  測試系統的構成
    4.3.2  測試系統的調試
    4.3.3  測試工況
  參考文獻
第5章  電堆的壽命與可靠性保障
  5.1  反應劑雜質引起的失效與應對措施
    5.1.1  空氣雜質引起的失效與應對
    5.1.2  氫氣雜質引起的失效與應對
    5.1.3  冷卻劑雜質引起的失效與應對
  5.2  低溫環境導致的「結冰」損傷與自啟動技術
    5.2.1  停機殘存水結冰引起的損傷
    5.2.2  排水結構改進與停機操作對策
    5.2.3  低溫自啟動策略與材料選擇
  5.3  流體工況引起的衰退與損傷
    5.3.1  膜兩側壓差引起的形變與剪切損傷
    5.3.2  進氣乾濕及其交變引起的氫滲
    5.3.3  壓力與溫度控制失效引起的損傷
  5.4  負載工況引起的衰退與抑制技術
    5.4.1  催化劑、載體及質子導體電化學衰退機理
    5.4.2  啟停工況衰退誘因與應對策略
    5.4.3  變載工況衰退誘因與應對策略
    5.4.4  怠速工況衰退誘因與應對策略
  5.5  電堆材料衰變產物引起的失效與診斷
    5.5.1  金屬離子滲出與離子導體污染
    5.5.2  有機碎片溶出與催化劑污染
  參考文獻
第6章  電堆典型故障成因及糾正預防措施
  6.1  高電位
    6.1.1  怠速點的高電位
    6.1.2  啟停過程的氫空界面
    6.1.3  高電位的糾正預防措施—吹掃策略的研究

    6.1.4  小結
  6.2  反應物飢餓
  6.3  水管理
    6.3.1  水管理的影響
    6.3.2  水管理的策略
  6.4  熱管理
  6.5  CO中毒
    6.5.1  CO中毒的影響
    6.5.2  CO中毒的改善
  6.6  低溫冷啟動
    6.6.1  低溫冷啟動的影響
    6.6.2  快速低溫冷啟動策略的研究
  6.7  可逆性衰退與性能恢復方法研究
    6.7.1  可逆性衰退的影響
    6.7.2  電堆可逆性衰退及加速衰退拐點的研究
    6.7.3  小結
  6.8  電堆節間和節內非一致性衰退的研究
    6.8.1  測試對象、設備及方法
    6.8.2  結果與討論
    6.8.3  小結
  參考文獻
第7章  電堆的製造工藝與質量監測
  7.1  電堆製造的總流程
    7.1.1  電堆製造工藝概述
    7.1.2  工藝分區與車間條件
  7.2  催化層製造工藝
    7.2.1  催化劑漿料製備
    7.2.2  催化劑漿料塗布與乾燥
  7.3  擴散介質製造工藝
    7.3.1  疏水支撐層製備
    7.3.2  微孔層製備
  7.4  膜電極組件製造工藝
    7.4.1  質子交換膜
    7.4.2  催化層
    7.4.3  微孔層
    7.4.4  雙極板
  7.5  雙極板製造工藝
    7.5.1  模壓膨脹石墨雙極板
    7.5.2  石墨/金屬複合雙極板
    7.5.3  金屬薄板衝壓雙極板
  7.6  密封件製造工藝
  7.7  電堆組裝過程
  7.8  電堆活化過程
  7.9  電堆儲存與運輸
  參考文獻
第8章  電堆材料的進階需求
  8.1  質子傳導電解質與隔膜
    8.1.1  質子傳導電解質與隔膜概述
    8.1.2  全氟磺酸質子交換膜
    8.1.3  其他質子交換膜

  8.2  電催化劑
    8.2.1  電催化劑概述
    8.2.2  Pt基催化劑
    8.2.3  非Pt基催化劑
    8.2.4  催化劑載體
    8.2.5  催化劑的製備與表徵
  8.3  GDL基材
    8.3.1  材料與組件
    8.3.2  GDL的力學性能
    8.3.3  GDL的親水/疏水性
    8.3.4  GDL的導電性和導熱性
    8.3.5  GDL表面形態
    8.3.6  GDL電化學特性
    8.3.7  GDL製造方法
    8.3.8  GDL研究、開發和商業化趨勢
  8.4  雙極板基材
    8.4.1  雙極板的特點和功能
    8.4.2  PEMFC流場設計模型
    8.4.3  雙極板的材料與改性
    8.4.4  不鏽鋼和塗層
    8.4.5  有色合金和塗層
    8.4.6  雙極板的製作
  參考文獻
第9章  電堆概念設計流程
  9.1  電堆概念設計
  9.2  電堆的組成及功能
  9.3  客戶需求及目標分解
  9.4  膜電極組件設計
  9.5  雙極板設計
  9.6  輔助部件設計
    9.6.1  集流板
    9.6.2  端板
  9.7  電堆組裝工藝設計
  9.8  工程驗證
    9.8.1  運行條件驗證
    9.8.2  電堆發電性能驗證
    9.8.3  耐久性驗證
    9.8.4  可靠性驗證
  參考文獻

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