直接液体燃料电池

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《直接液体燃料电池》是“先进电化学能源存储与转化技术丛书”分册之一。本书根据直接液体燃料电池的特点、组成、结构，从燃料电池的关键材料和技术出发，重点介绍当今直接液体燃料电池在电极材料、离子交换膜、膜电极及电池集成技术方面的进展，并对其他具有潜在应用价值的液体燃料电催化给予关注。书中对直接液体燃料电池关键电极材料的制备与应用、电池组装与测试技术均有详细介绍，具有很重要的学术参考价值，借鉴本书内容可以快速展开相关的基础与应用研究，并能深入了解当前能源电化学技术在本领域的研究进展。本书适合从事电化学、电催化、能源、材料及燃料电池技术等学科领域的科研工作者以及相关专业的研究生和高年级本科生参考学习。

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第1章绪论1
1.1直接液体燃料电池概述2
1.1.1直接液体燃料电池概况2
1.1.2直接液体燃料电池工作原理5
1.2直接液体燃料电池基本结构8
1.2.1膜电极8
1.2.2双极板10
1.2.3端板11
1.2.4流场12
1.2.5密封性12
1.2.6辅助设备12
1.3直接液体燃料电池的分类13
1.4直接液体燃料电池关键材料20
1.4.1催化剂20
1.4.2载体21
1.4.3固体电解质22
1.5直接液体燃料电池性能评价26
1.5.1极化曲线26
1.5.2功率密度和能量密度28
1.5.3长效性29
1.6总结与展望30
参考文献31
第2章阳极催化剂41
2.1阳极反应氧化机理42
2.1.1甲醇电氧化机理42
2.1.2乙醇电氧化机理44
2.1.3甲酸电氧化机理45
2.2阳极催化剂46
2.2.1甲醇电氧化催化剂46
2.2.2乙醇电氧化催化剂59
2.2.3甲酸电氧化催化剂61
2.3催化剂制备技术63
2.3.1浸渍-液相还原法63
2.3.2胶体法65
2.3.3微乳法67
2.3.4电化学法68
2.3.5气相还原法69
2.3.6气相沉积法70
2.3.7高温合金化法70
2.3.8羰基簇合物法70
2.3.9预沉积法71
2.3.10离子液体法71
2.3.11喷雾热解法72
2.3.12固相反应方法73
2.3.13多醇过程法73
2.3.14微波法74
2.3.15组合法74
2.3.16离子交换法74
2.3.17辐照法75
2.4催化剂表征技术75
2.4.1物理表征76
2.4.2电化学表征83
2.5总结与展望90
参考文献91
第3章阴极催化剂108
3.1电催化氧还原机理109
3.2氧还原测试技术113
3.2.1电化学测量暂态技术113
3.2.2电化学测量稳态技术115
3.2.3旋转环盘电极117
3.3催化剂性能评价118
3.3.1活性118
3.3.2选择性121
3.3.3稳定性及抗中毒能力123
3.4催化剂理论设计124
3.4.1理论基础124
3.4.2理论模型126
3.5催化剂材料131
3.5.1贵金属催化剂131
3.5.2非贵金属催化剂139
3.6催化机理149
3.6.1结构效应149
3.6.2电子效应150
3.6.3粒径效应151
3.7可实用化催化剂152
3.8总结与展望162
3.9致谢163
参考文献163
第4章燃料电池质子交换膜材料179
4.1概述180
4.2质子交换膜材料类型181
4.2.1全氟磺酸树脂材料182
4.2.2碳氢聚合物膜材料183
4.2.3芳族聚合物膜材料183
4.2.4酸碱基聚合物材料184
4.3质子交换膜的表征方法185
4.3.1小角X射线散射和小角度中子散射185
4.3.2显微镜：一种直观的结构研究技术186
4.3.3热试验与动态力学性能189
4.3.4正电子湮没寿命谱191
4.3.5介电弛豫：理解离子输运与结构的关系191
4.4全氟磺酸质子交换膜192
4.4.1Nafion形态学193
4.4.2Nafion的力学性能196
4.4.3Nafion膜的电化学性质197
4.5全氟磺酸树脂膜材料的其他应用200
4.5.1化学气氛传感器200
4.5.2氯碱电池隔膜材料200
4.5.3锂硫电池功能分离器201
4.6新型纳米结构的全氟磺酸电解质材料202
4.6.1介孔结构Nafion膜材料202
4.6.2杂化纳米结构质子交换膜204
4.6.3酸碱基质子传导电解质材料205
4.7总结与展望207
参考文献207
第5章膜电极215
5.1膜电极概念216
5.1.1膜电极简介216
5.1.2扩散层221
5.2膜电极的表征222
5.2.1膜电极物理表征222
5.2.2膜电极电化学测试226
5.3膜电极的制备过程228
5.3.1催化剂层的制备方法229
5.3.2扩散层制备233
5.4有序化膜电极233
5.4.1介观尺度有序电极研究进展234
5.4.2微观尺度有序电极研究进展239
5.5自增湿膜电极244
5.6总结与展望245
参考文献245
第6章直接液体燃料电池技术253
6.1直接液体燃料电池进料方式254
6.1.1主动式直接液体燃料电池254
6.1.2被动式直接液体燃料电池256
6.2直接液体燃料电池关键技术258
6.2.1流场及集流体设计258
6.2.2阻燃料（醇）结构设计260
6.2.3两相管理及燃料传质优化265
6.3直接液体燃料电池模型及数值模拟270
6.3.1建立燃料电池数学模型的意义270
6.3.2燃料电池数学模型的分类与特点271
6.3.3直接液体燃料电池数值模拟274
6.4直接液体燃料电池集成技术276
6.4.1微型直接液体燃料电池技术276
6.4.2直接液体燃料电池电堆集成技术280
6.5电池稳定性及衰减分析281
6.6总结与展望284
参考文献285
第7章碱性直接液体燃料电池289
7.1概述290
7.2碱性直接液体燃料电池工作原理291
7.3催化剂293
7.3.1阳极催化剂293
7.3.2阴极催化剂299
7.4阴离子交换膜310
7.4.1碱性阴离子交换膜的物质传输与电导率310
7.4.2碱性阴离子交换膜的稳定性313
7.5碱性直接液体燃料电池面临的挑战317
7.6总结与展望318
参考文献319
第8章其他液体燃料电催化氧化329
8.1二甲醚燃料330
8.1.1电催化氧化概述331
8.1.2电极材料332
8.2硼氢化物燃料334
8.2.1电催化氧化概述335
8.2.2电极材料336
8.3氨燃料340
8.3.1电催化氧化概述342
8.3.2电极材料342
8.4肼燃料344
8.4.1电催化氧化概述345
8.4.2电极材料346
8.5尿素燃料348
8.5.1电催化氧化概述349
8.5.2电极材料350
8.6总结与展望351
参考文献352
索引357