质子交换膜燃料电池原理及耐久性

1. 本书以燃料电池耐久性为主线，结合了笔者在大学从事多年基础教学与参与国家新能源汽车、氢能重点专项的研究过程中的工程经验，兼顾了科研、教学与企业产品开发过程的需求。
2. 本书以揭示燃料电池的耐久性的衰退机制为目标，并提出解决思路和应对策略，内容通俗易懂，图文并茂，适合不同群体需求，适用面广。

《质子交换膜燃料电池原理及耐久性》主要汇集了同济大学教研团队多年的燃料电池教学和科研工作成果及最新进展，特别总结了参与国家新能源汽车、氢能重点专项研究的工程经验。书中围绕质子交换膜燃料电池的耐久性展开阐述， 介绍了燃料电池的分类、发电原理，燃料电池耐久性现状及目标等；阐述了质子交换膜、催化层、气体扩散层与双极板等关键材料和部件的结构、衰退机制与抑制策略；分析了电堆运行条件下的耐久性并介绍了杂质气体对质子交换膜燃料电池性能的影响。《质子交换膜燃料电池原理及耐久性》可供开展燃料电池相关研究的高校和科研院所的师生、研究人员使用，也可供企业研发人员参考。

杨代军，同济大学汽车学院动力机械及工程专业副教授，国家燃料电池及动力系统工程技术研究中心燃料电池研究室主任，2007年起在同济大学汽车学院历任讲师、副教授/博导，期间曾赴德国克劳斯塔尔工业大学访学。主要研究方向为车用电化学电源，深耕氢能和燃料电池领域。

第1章 概述

1.1 燃料电池分类

1.2 燃料电池发电原理

1.3 燃料电池热力学

1.3.1 标准电极电势与可逆电动势

1.3.2 燃料电池效率计算

1.4 电极反应动力学

1.5 燃料电池堆结构与组成

1.5.1 电堆结构

1.5.2 电堆组成

1.6 燃料电池耐久性现状及目标

1.6.1 美国能源部的目标

1.6.2 日本新能源产业技术综合开发机构的目标

1.6.3 欧盟燃料电池及氢能合作组织的目标

1.6.4 我国关于氢能与燃料电池的目标

1.7 小结

参考文献

第2章 质子交换膜：化学和物理衰减

2.1 质子交换膜简介

2.1.1 质子交换膜的基本要求

2.1.2 质子交换膜国内外发展现状

2.2 质子交换膜结构及优缺点

2.2.1 PEM的化学结构

2.2.2 均质膜与复合膜优缺点

2.2.3 膜电极组成

2.2.4 膜电极结构及功能

2.2.5 膜电极密封结构

2.3 PEM基本性能的评测方法

2.3.1 质子电导率

2.3.2 氢渗电流

2.3.3 氟离子溶出

2.4 PEM的降解机理

2.4.1 热降解

2.4.2 化学降解

2.4.3 机械降解

2.5 PEM降解的缓解方法

2.5.1 热降解缓解方法

2.5.2 化学降解缓解方法

2.5.3 机械降解缓解方法

2.6 小结

参考文献

第3章 催化层：化学降解与结构破坏

3.1 概述

3.1.1 催化剂的重要作用

3.1.2 催化层与催化剂的关系

3.1.3 高效MEA的开发策略

3.1.4 催化剂发展现状

3.2 浆料对性能和寿命的影响

3.2.1 催化剂浆料对催化层结构的影响

3.2.2 催化层结构与耐久性的关系

3.3 电堆活化与恢复方法

3.3.1 电堆活化与耐久性的关系

3.3.2 电堆恢复活化法介绍

3.4 活性金属衰退与评价方法

3.4.1 Pt颗粒的团聚与长大

3.4.2 Pt流失与再分布

3.4.3 Pt中毒

3.4.4 催化剂衰退的缓解方法

3.4.5 催化剂衰退的评价方法

3.5 载体衰退与评价方法

3.5.1 碳载体的衰退

3.5.2 载体衰退的缓解方法

3.5.3 载体衰退的评价方法

3.6 离聚物对PEMFC性能的影响及其衰退

3.6.1 离聚物对PEMFC性能的影响

3.6.2 离聚物的衰退机制

3.7 小结

参考文献

第4章 气体扩散层：制造工艺及衰退机理

4.1 概述

4.1.1 气体扩散层的基本要求

4.1.2 气体扩散层国内外研究现状

4.2 气体扩散层结构与材料及功能与特性

4.2.1 结构与材料

4.2.2 功能与特性

4.2.3 气体扩散层与极板的相互作用

4.3 气体扩散层制造方法

4.3.1 碳基材料制造方法

4.3.2 金属基材料制造方法cm

4.3.3 疏水处理

4.4 气体扩散层的理化特性及表征方法

4.4.1 力学性能

4.4.2 导电性

4.4.3 导热性

4.4.4 透气率

4.4.5 孔隙率及孔径分布

4.4.6 亲疏水性

4.5 气体扩散层的衰退机理

4.5.1 物理衰退

4.5.2 化学衰退

4.6 缓解气体扩散层衰减的策略

4.6.1 优化装配压力

4.6.2 MPL设计

4.7 小结

参考文献

第5章 双极板与流场：成形方式与腐蚀失效分析

5.1 双极板的功能与性能要求

5.2 双极板的流场设计

5.3 双极板材料

5.3.1 石墨双极板

5.3.2 复合双极板

5.3.3 金属双极板

5.4 双极板成形方式

5.4.1 石墨与复合双极板成形方式

5.4.2 金属双极板成形方式

5.5 双极板组对方式

5.6 衰退机理与抑制策略

5.6.1 衰退机理

5.6.2 提高金属双极板耐腐蚀性的策略

5.7 双极板主要指标及评测方法

5.7.1 气密性测试

5.7.2 抗弯强度测试

5.7.3 腐蚀电流测试

5.7.4 接触电阻测试

5.7.5 接触角测试

5.8 小结

参考文献

第6章 关键零部件对燃料电池堆耐久性的影响

6.1 概述

6.1.1 密封件基本要求

6.1.2 燃料电池密封件国内外研究进展

6.2 密封材料选型准则

6.3 PEMFC的密封结构

6.3.1 线密封结构

6.3.2 一体化密封结构

6.4 密封件材料评估方法

6.4.1 物理特性与参数

6.4.2 化学特性及表征

6.5 密封件加速评估方法

6.5.1 老化对比实验

6.5.2 加权选型方法

6.5.3 工程应用前景

6.6 端板及其他电堆辅件

6.6.1 端板的作用

6.6.2 端板对耐久性的影响

6.6.3 其他电堆辅件对耐久性的影响

6.7 小结

参考文献

第7章 电堆运行条件下的耐久分析

7.1 概述

7.2 燃料电池水热管理

7.2.1 燃料电池中的两相流

7.2.2 燃料电池水管理

7.2.3 燃料电池热管理

7.3 电堆运行工况的衰退分析

7.3.1 高电势引起的衰退

7.3.2 电势循环与衰退

7.3.3 反极造成的衰退

7.3.4 启/停机与氢/空界面

……