氫能材料(精)/氫能利用關鍵技術系列

作者：編者:李星國|責編:袁海燕
出版社：化學工業
ISBN：9787122460035

出版日期：2025/01/01
裝幀：精裝
頁數：806

人民幣：RMB 358 元售價：元

內容大鋼

    在碳減排的大潮下，氫能受到廣泛關注。氫能產業鏈中各領域都會使用不同的材料，要求它們具有相應的性能。氫能產業與材料密切相關，理解材料中的氫，掌握材料製備和性能調控技術決定著氫能產業的發展。
    《氫能材料》第1、2章介紹了氫氣基本特性和氫能產業鏈中的設備及相關材料。為了便於讀者理解氫與材料的相互作用，第3章特別介紹了金屬、陶瓷和有機物等材料中的氫溶入、氫狀態、氫行為以及對材料性能的影響。第4?8章介紹了氫氣製備、純化、儲存和輸運領域的相關材料。第9?14章介紹了燃料電池、加氫站、氫氣感測器、氫冶金、氫安全等氫能應用領域中的關鍵材料。本書不僅介紹了材料的設計和製備、性能表徵和調控方法，而且介紹了一些關鍵材料的生產廠家、型號和特性、存在的問題和發展動態，可使讀者較全面和深入地認識氫能相關材料。
    本書可供能源、交通、石油、化工、電子、冶金、宇航等領域與氫能源使用和研究相關的學生、研究者、工程技術人員、科研管理人員參考使用。

作者介紹

編者:李星國|責編:袁海燕

第1章  氫氣的基本特性
  1.1  氫的形成、存在和發現
    1.1.1  氫在宇宙中的分佈
    1.1.2  氫氣的發現
  1.2  氫原子及同位素
    1.2.1  氫原子
    1.2.2  氫的同位素
    1.2.3  核聚變反應的原理
  1.3  氫分子的結構及物理性質
    1.3.1  H2 的結構
    1.3.2  H2 的核自旋異構體
    1.3.3  氣態氫氣
    1.3.4  氣體方程
    1.3.5  液態氫和固態氫
    1.3.6  金屬氫
  1.4  氫的化學性質
    1.4.1  氫原子的電子結構和成鍵特徵
    1.4.2  氫的化學反應
    1.4.3  氫化物
  1.5  氫氣的能量
    1.5.1  氫氣的高熱值和低熱值
    1.5.2  與液態燃料的比較
    1.5.3  世界各國對氫氣能量的研究動態
    1.5.4  推動氫能發展的四個因素
  1.6  氫氣與材料的相關性
    1.6.1  制氫新材料
    1.6.2  氫氣分離和提純新材料
    1.6.3  氫氣儲運新材料
    1.6.4  氫能利用領域的新材料
  參考文獻
第2章  氫能產業裝備與材料
  2.1  氫能主要應用場景
    2.1.1  工業
    2.1.2  交通
    2.1.3  發電
    2.1.4  建築
  2.2  裝備與材料
    2.2.1  制氫領域
    2.2.2  氫儲運領域
    2.2.3  氫加註領域
    2.2.4  氫能應用領域
  參考文獻
第3章  材料中的氫
  3.1  金屬中的氫
    3.1.1  氫進入金屬的過程和在金屬中的狀態
    3.1.2  氫在金屬中的固溶位置
    3.1.3  金屬中的氫固溶度
    3.1.4  金屬中的氫固溶焓
    3.1.5  金屬-氫相圖
    3.1.6  氫在金屬中的擴散

    3.1.7  充氫和氫氣的檢測方法
    3.1.8  氫對金屬性能的影響
  3.2  陶瓷中的氫
    3.2.1  氫在陶瓷中的侵入和擴散
    3.2.2  質子傳導陶瓷材料
    3.2.3  氧化物質子傳導機制
    3.2.4  質子陷阱
    3.2.5  質子陶瓷燃料電池
  3.3  有機材料中的氫
    3.3.1  聚合物膜的氫氣滲透
    3.3.2  氫燃料電池質子交換膜
    3.3.3  PEM 的種類和質子傳遞機理
    3.3.4  PEM 存在的問題
    3.3.5  有機液體儲氫
  參考文獻
第4章  氫氣製備中的材料
  4.1  甲烷重整或分解制氫中的材料
    4.1.1  甲烷的蒸汽重整反應
    4.1.2  甲烷的催化分解
  4.2  電解水制氫中的材料
    4.2.1  鹼性電解池
    4.2.2  質子交換膜電解池
    4.2.3  氫氧根交換膜電解池
  4.3  生物質制氫中的材料
    4.3.1  生物質通過熱化學轉化制氫
    4.3.2  生物發酵制氫的過程與材料
  4.4  光電化學池水分解
    4.4.1  光電化學池水分解的基本過程
    4.4.2  用於光電化學池水分解的金屬氧化物光電極
  4.5  太陽能熱化學制氫中的材料
  參考文獻
第5章  氫氣分離及相關材料
  5.1  氫氣分離與純化
    5.1.1  氫氣應用的兩種形式——混氫和純氫
    5.1.2  不同制氫方法的含氫量
    5.1.3  不同應用場合對氫的要求
  5.2  氫氣的過濾及過濾材料
    5.2.1  氣體的過濾
    5.2.2  氣體過濾機理
    5.2.3  氫氣過濾材料
  5.3  氫氣純化方法
    5.3.1  純化方法的種類
    5.3.2  溶液吸收法
    5.3.3  催化反應法
    5.3.4  低溫分離法
    5.3.5  吸附法（選擇吸附法）
    5.3.6  膜分離法
    5.3.7  金屬氫化物分離法
    5.3.8  幾種氫氣分離方法的比較
  5.4  變壓吸附法原理和工藝

    5.4.1  國內外研究現狀
    5.4.2  吸附現象與PSA 原理
    5.4.3  變壓吸附法的工藝
    5.4.4  多床變壓吸附法
  5.5  吸附劑材料
    5.5.1  選擇性吸附機理
    5.5.2  吸附劑的種類
    5.5.3  活性炭
    5.5.4  分子篩（沸石）
    5.5.5  硅膠
    5.5.6  活性氧化鋁
    5.5.7  金屬有機框架化合物吸附劑
    5.5.8  不同吸附劑的性能比較
    5.5.9  吸附劑再生及在低溫和中溫下的變壓吸附
  5.6  氫氣的膜分離及材料
    5.6.1  膜分離種類和機理
    5.6.2  金屬（合金）膜
    5.6.3  無機非金屬膜
    5.6.4  有機膜
    5.6.5  多層複合膜氫分離
    5.6.6  多種氫分離膜的比較
  5.7  金屬氫化物純化法
  5.8  氫氣同位素分離
    5.8.1  氫同位素的特性
    5.8.2  氫同位素的分離濃縮
    5.8.3  常見的氫同位素的分離方法
    5.8.4  氫同位素分離材料
    5.8.5  核聚變和氚的回收
  參考文獻
第6章  儲氫材料
  6.1  物理吸附儲氫材料
    6.1.1  碳基材料
    6.1.2  金屬有機框架材料
    6.1.3  共價有機框架材料
    6.1.4  多孔有機聚合物材料
    6.1.5  沸石
  6.2  金屬儲氫材料
    6.2.1  稀土系儲氫材料
    6.2.2  Mg 系儲氫材料
    6.2.3  Ti 系儲氫材料
    6.2.4  V 基固溶體系儲氫材料
    6.2.5  Zr 系儲氫材料
  6.3  無機非金屬儲氫材料
    6.3.1  金屬鋁氫化物
    6.3.2  金屬硼氫化物
    6.3.3  金屬氮氫化物
    6.3.4  氨硼烷儲氫材料
  6.4  液態有機氫載體
    6.4.1  液態有機氫載體概述
    6.4.2  液態有機氫載體研究現狀

  6.5  其他儲氫材料（技術）
    6.5.1  高熵合金儲氫
    6.5.2  液氨
    6.5.3  水合物儲氫技術
    6.5.4  玻璃微球儲氫材料
    6.5.5  地下儲氫
  參考文獻
第7章  高壓氫氣容器、管道及材料
  7.1  氫氣壓縮特性和密度變化
    7.1.1  概述
    7.1.2  氫氣壓縮特性
    7.1.3  氫氣壓縮過程的密度變化
  7.2  工業氫氣鋼瓶
    7.2.1  概述
    7.2.2  結構、材料及發展現狀
  7.3  道路輸氫設備
    7.3.1  概述
    7.3.2  分類
    7.3.3  氣瓶材料
    7.3.4  道路輸氫的安全性分析
  7.4  大型高壓儲氫罐
    7.4.1  概述
    7.4.2  單層鋼質高壓儲氫罐
    7.4.3  多層鋼質高壓儲氫罐
  7.5  高壓輸氫管道
    7.5.1  概述
    7.5.2  分類及用途
    7.5.3  管道材料
    7.5.4  各國建設情況及技術水平
  7.6  車載高壓鋼瓶
    7.6.1  概述
    7.6.2  全金屬儲罐（Ⅰ型）
    7.6.3  金屬內膽纖維環向纏繞儲罐（Ⅱ型）
    7.6.4  金屬內膽纖維全纏繞儲罐（Ⅲ型）
    7.6.5  非金屬內膽纖維全纏繞儲罐（Ⅳ型）
    7.6.6  全複合材料的無內膽儲罐（V 型）
  參考文獻
第8章  液氫容器和設備及關鍵材料
  8.1  液態氫的生產
    8.1.1  Linde-Hampson 效應
    8.1.2  Claude 循環
    8.1.3  布雷頓循環
    8.1.4  正-仲氫轉化
    8.1.5  液化的效率和現在的生產水平
  8.2  液氫容器及相關材料
    8.2.1  液氫容器類型
    8.2.2  液氫容器材料
    8.2.3  液氫容器應用場景
  8.3  液氫泵及關鍵材料
    8.3.1  液氫泵概述

    8.3.2  液氫泵熱力學充填模型
    8.3.3  液氫泵關鍵材料
  8.4  液氫閥門、儀錶及相關材料
    8.4.1  液氫閥門及相關材料
    8.4.2  液氫儀錶及相關材料
  8.5  其他相關材料
  參考文獻
第9章  燃料電池中的材料
  9.1  燃料電池簡介
    9.1.1  工作原理及發展歷史
    9.1.2  燃料電池的分類
    9.1.3  燃料電池的基本構造
    9.1.4  燃料電池系統及其應用
    9.1.5  燃料電池中的材料
  9.2  中低溫燃料電池中的電解質材料
    9.2.1  質子交換膜
    9.2.2  高溫質子交換膜
    9.2.3  DMFC 中的質子交換膜
    9.2.4  AFC 中的電解質
    9.2.5  電極和電催化劑
  9.3  氣體擴散層
  9.4  雙極板
    9.4.1  雙極板材料
    9.4.2  雙極板的流場設計
  9.5  固體氧化物燃料電池中的材料
    9.5.1  固體氧化物電解質
    9.5.2  電極
  參考文獻
第10章  加氫站中的關鍵設備材料
  10.1  加氫站概述
  10.2  隔膜壓縮機
    10.2.1  膜片材料
    10.2.2  柱塞系統材料
    10.2.3  螺栓材料
    10.2.4  氣缸以及配氣盤材料
    10.2.5  密封材料
  10.3  加氫機
    10.3.1  閥門材料
    10.3.2  加氫機軟管材料
  10.4  加氫站高壓管路材料
  10.5  加氫站的儲罐材料
    10.5.1  加氫站中氣態氫儲罐材料
    10.5.2  加氫站中液態氫儲罐材料
  10.6  本章總結
  參考文獻
第11章  氫氣感測器材料
  11.1  氫氣感測器基本原理、敏感材料及種類
    11.1.1  氫氣感測器基本原理
    11.1.2  氫氣感測器敏感材料
    11.1.3  氫氣感測器的種類

  11.2  半導體型氫氣感測器
    11.2.1  感測器原理和結構
    11.2.2  敏感材料及發展現狀
  11.3  催化型感測器
    11.3.1  感測器原理和結構
    11.3.2  敏感材料及發展現狀
  11.4  電化學型感測器
    11.4.1  感測器原理和結構
    11.4.2  敏感材料及發展現狀
  11.5  熱導型氫氣感測器
  11.6  光學型感測器
    11.6.1  感測器原理和結構
    11.6.2  敏感材料及發展現狀
  11.7  聲學型感測器
  參考文獻
第12章  氫冶金和氫還原
  12.1  氫冶金的發展
  12.2  直接還原鐵
    12.2.1  氫氣直接還原鐵
    12.2.2  氣基直接還原鐵工藝
  12.3  直接還原鐵的機理和特點
    12.3.1  氫基豎爐內主要反應
    12.3.2  氫還原鐵的特點
    12.3.3  直接還原鐵成品的性能分析
  12.4  常規高爐的氫冶金
    12.4.1  高爐富氫冶煉技術開發
    12.4.2  高爐氫冶金
    12.4.3  混氫冶金和全氫冶金
    12.4.4  熔鹽中的直接還原
  12.5  氫還原熱力學和動力學
    12.5.1  O2 分壓和H2O分壓的影響
    12.5.2  氫直接還原熱力學
    12.5.3  CO 或H2 還原的區別
    12.5.4  氫還原和鐵的形成過程
  12.6  氫等離子體還原
    12.6.1  兩種還原模式
    12.6.2  氫等離子體熔煉還原
    12.6.3  微波輔助低溫氫等離子體
  12.7  有色金屬氧化物的氫直接還原
    12.7.1  氧化鎢還原
    12.7.2  氧化鉬還原
    12.7.3  鎳氧化物還原
    12.7.4  稀有金屬氧化物
    12.7.5  氫輔助鎂熱還原TiO2
    12.7.6  氫等離子體在金屬氧化物還原中的應用
  12.8  氫冶金的研究動態
    12.8.1  日本和韓國
    12.8.2  歐洲
    12.8.3  美國
    12.8.4  中國

    12.8.5  氫冶金的發展和面臨的問題
  12.9  氫氣在其他材料製備領域的應用
    12.9.1  氫氣氛下材料熱處理和燒結
    12.9.2  超高純多晶硅的製備
    12.9.3  氫致金屬非晶化
    12.9.4  氫致歧化和HDDR
  參考文獻
第13章  其他與氫相關材料
  13.1  生物學氫材料
    13.1.1  生物醫學
    13.1.2  農學
  13.2  保健相關氫材料
    13.2.1  水素水（富氫水）
    13.2.2  吸氫機
    13.2.3  其他類型氫產品
  13.3  軍用含能材料
    13.3.1  三氫化鋁
    13.3.2  鎂基儲氫材料
    13.3.3  其他儲氫材料
  參考文獻
第14章  氫環境下的材料安全
  14.1  臨氫材料的安全問題
    14.1.1  氫氣的安全性
    14.1.2  材料的安全性
  14.2  材料機械性能和破壞
    14.2.1  材料的變形和斷裂破壞
    14.2.2  磨損、時效、蠕變和疲勞破壞
  14.3  腐蝕引起的破壞
    14.3.1  根據腐蝕機理分類
    14.3.2  根據腐蝕形態分類
    14.3.3  氫損傷
  14.4  材料的氫脆
    14.4.1  氫脆現象
    14.4.2  氫脆的種類
    14.4.3  氫在金屬中的存在狀態
    14.4.4  氫脆機理
    14.4.5  不同材料的氫脆
    14.4.6  常涉及氫脆的一些場合
    14.4.7  氫脆的預防
  14.5  氫氣泄漏和密封材料
    14.5.1  高壓氫氣泄漏
    14.5.2  氫氣泄漏與密封材料損壞
    14.5.3  密封材料
    14.5.4  氣密性的檢測方法
  14.6  高壓氫氣與材料破壞
    14.6.1  一般工業鋼瓶
    14.6.2  高壓氫氣複合容器
    14.6.3  高壓儲氫容器的安全檢測
  14.7  液態氫氣與材料低溫冷脆
    14.7.1  液態氫氣及安全

    14.7.2  冷卻氫氣的特性
    14.7.3  材料的低溫冷脆
    14.7.4  液氫使用時的材料選擇
  14.8  儲氫材料的安全問題
    14.8.1  金屬氫化物的著火和燃燒
    14.8.2  粉塵爆炸的危險性
    14.8.3  高溫引起的高壓
  參考文獻

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