氢能与燃料电池

本书作者根据中国石油大学（北京）研究生课程《新能源材料设计与制备》多年授课经验编著此书。

“氢”是一种洁净的二次能源载体，可为燃料电池提供氢源，有望成为“后化石能源时代”能源主体，催生可持续发展的氢能经济，对发展氢能与氢燃料汽车具有巨大的能源战略意义。本书系统地介绍了氢能概要、氢气的传统制备方法与新型制备方法、氢气的提纯、氢气的储存及运输、氢燃料电池、氢燃料电池汽车和氢能产业前景等。本书作者根据研究生课程《新能源材料设计与制备》多年授课经验编著此书，可为我国氢能从业者提供科普资料或为相关专业本科、研究生课程提供参考教材。

第1章 氢1
1.1氢的概述1
1.1.1氢元素1
1.1.2氢的发展史及其形态1
1.1.3氢的分布5
1.1.4氢的同位素5
1.1.5氢的性质7
1.2作为能量载体的氢10
1.2.1氢能利用的意义12
1.2.2氢能的应用13
1.2.3小结14

第2章 氢气的传统制备方法16
2.1石油制氢16
2.1.1石脑油制氢16
2.1.2重油制氢19
2.1.3石油焦制氢22
2.1.4炼厂干气制氢24
2.2煤制氢26
2.2.1煤焦化制氢27
2.2.2煤气化制氢27
2.2.3煤浆电解制氢30
2.2.4煤炭超临界水气化制氢34
2.3天然气制氢35
2.3.1天然气蒸汽重整制氢36
2.3.2天然气高温裂解制氢37
2.3.3天然气部分氧化重整制氢39
2.3.4天然气自热重整制氢41

第3章 氢气的新型制备方法44
3.1生物质制氢44
3.1.1生物质44
3.1.2生物质气化制氢44
3.1.3生物质热解制氢47
3.1.4生物质超临界水气化制氢51
3.1.5生物质生物法制氢54
3.1.6生物油重整制氢技术58
3.2醇类制氢60
3.2.1甲醇裂解制氢61
3.2.2甲醇水蒸气重整制氢62
3.2.3甲醇部分氧化制氢65
3.2.4甲醇自热重整制氢67
3.2.5甲醇水相法制氢68
3.2.6乙醇制氢70
3.3电解水制氢71
3.3.1电解水制氢的基本原理71
3.3.2电解水制氢的电解槽72
3.3.3电解水制氢技术的工艺流程74
3.3.4电解水制氢的特点75
3.3.5电解水制氢的工业现状及发展76
3.4其他类制氢方法76
3.4.1太阳能制氢76
3.4.2核能制氢82
3.4.3等离子体制氢86

第4章 氢气的提纯93
4.1氢燃料电池用燃料氢气标准93
4.1.1燃料氢气的品质标准93
4.1.2常见氢源中的杂质95
4.1.3杂质气体对燃料电池性能的危害95
4.2氢气纯化98
4.2.1一氧化碳的除杂102
4.2.2二氧化碳的除杂105
4.2.3硫化氢与二氧化硫的除杂108
4.2.4脱硝处理111
4.2.5气体的干燥112
4.2.6变压吸附提纯工艺114

第5章 氢气的储存及运输122
5.1储氢技术122
5.1.1物理储氢技术122
5.1.2化学储氢技术125
5.1.3其他储氢技术126
5.2储氢材料127
5.2.1储氢合金127
5.2.2碳质储氢材料129
5.2.3金属有机框架材料130
5.2.4其他储氢材料132
5.2.5储氢材料的展望134
5.3储氢容器134
5.3.1高压储氢罐134
5.3.2液化氢气储罐135
5.3.3金属氢化物储氢罐136
5.3.4复合储氢罐138
5.3.5其他固态储氢罐140
5.4氢气的运输141
5.4.1车船运输141
5.4.2管道运输142
5.5加氢站145
5.5.1加氢站的系统及工作原理145
5.5.2总结150

第6章 氢燃料电池155
6.1氢燃料电池概述155
6.1.1燃料电池原理155
6.1.2氢燃料电池分类155
6.1.3燃料电池的发展历史156
6.2碱性燃料电池157
6.2.1工作原理及结构157
6.2.2关键材料158
6.2.3影响碱性燃料电池性能的因素162
6.2.4碱性燃料电池的优缺点163
6.2.5应用领域163
6.2.6发展状况163
6.3磷酸燃料电池164
6.3.1工作原理及结构164
6.3.2关键材料165
6.3.3影响磷酸燃料电池性能的因素168
6.3.4磷酸燃料电池优缺点169
6.3.5应用领域169
6.3.6发展状况170
6.4熔融碳酸盐燃料电池171
6.4.1工作原理及结构171
6.4.2关键材料172
6.4.3影响熔融碳酸盐燃料电池性能的因素174
6.4.4熔融碳酸盐燃料电池的优缺点176
6.4.5应用领域176
6.4.6发展状况176
6.5固体氧化物燃料电池178
6.5.1结构及工作原理178
6.5.2关键材料179
6.5.3影响固体氧化物燃料电池性能的因素183
6.5.4固体氧化物燃料电池优缺点184
6.5.5应用领域184
6.5.6发展状况185
6.6直接甲醇燃料电池185
6.6.1工作原理及结构185
6.6.2关键材料186
6.6.3影响直接甲醇燃料电池性能的因素188
6.6.4直接甲醇燃料电池的优缺点188
6.6.5应用领域189
6.6.6发展状况190
6.7质子交换膜燃料电池191
6.7.1结构及工作原理191
6.7.2关键材料192
6.7.3质子交换膜燃料电池单电池与电池组198
6.7.4影响质子交换膜燃料电池性能的因素199
6.7.5质子交换膜燃料电池的优缺点200
6.7.6应用领域200
6.7.7发展状况201
6.7.8发展趋势202

第7章 氢燃料电池汽车207
7.1燃料电池汽车工作原理207
7.2燃料电池汽车重要部件208
7.2.1燃料电池发动机208
7.2.2动力系统208
7.2.3电动机210
7.2.4电子控制系统212
7.2.5燃料系统212
7.2.6安全系统213
7.3燃料电池汽车的关键技术215
7.3.1电池技术215
7.3.2电机技术216
7.3.3控制器技术216
7.4氢气加注站217
7.5氢燃料电池汽车的优势218
7.6氢燃料电池汽车的发展难点219
7.7产业现状220
7.8氢燃料电池汽车的前景222

第8章 氢能产业前景225
8.1氢能产业引导225
8.1.1氢能政策推动225
8.1.2氢能技术标准化233
8.2国际氢能发展237
8.2.1日本氢能发展238
8.2.2美国氢能发展241
8.2.3欧洲氢能发展242
8.3我国氢能发展245
8.3.1我国加氢站发展状况245
8.3.2我国燃料电池汽车产业发展状况248
8.3.3发展方向252