新能源車(chē)用燃料電池應(yīng)用技術(shù)：質(zhì)子交換膜燃料電池原理及耐久性

1概述
1.1燃料電池分類(lèi)001
1.2燃料電池發(fā)電原理002
1.3燃料電池?zé)崃W(xué)005
1.3.1標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)與可逆電動(dòng)勢(shì)005
1.3.2燃料電池效率計(jì)算009
1.4電極反應(yīng)動(dòng)力學(xué)012
1.5燃料電池堆結(jié)構(gòu)與組成017
1.5.1電堆結(jié)構(gòu)017
1.5.2電堆組成018
1.6燃料電池耐久性現(xiàn)狀及目標(biāo)020
1.6.1美國(guó)能源部的目標(biāo)020
1.6.2日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)的目標(biāo)021
1.6.3歐盟燃料電池及氫能合作組織的目標(biāo)025
1.6.4我國(guó)關(guān)于氫能與燃料電池的目標(biāo)025
1.7小結(jié)028
參考文獻(xiàn)029
2質(zhì)子交換膜：化學(xué)和物理衰減
2.1質(zhì)子交換膜簡(jiǎn)介031
2.1.1質(zhì)子交換膜的基本要求031
2.1.2質(zhì)子交換膜國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀032
2.2質(zhì)子交換膜結(jié)構(gòu)及優(yōu)缺點(diǎn)034
2.2.1PEM的化學(xué)結(jié)構(gòu)034
2.2.2均質(zhì)膜與復(fù)合膜優(yōu)缺點(diǎn)035
2.2.3膜電極組成036
2.2.4膜電極結(jié)構(gòu)及功能037
2.2.5膜電極密封結(jié)構(gòu)039
2.3PEM基本性能的評(píng)測(cè)方法041
2.3.1質(zhì)子電導(dǎo)率041
2.3.2氫滲電流042
2.3.3氟離子溶出042
2.4PEM的降解機(jī)理043
2.4.1熱降解043
2.4.2化學(xué)降解044
2.4.3機(jī)械降解045
2.5PEM降解的緩解方法045
2.5.1熱降解緩解方法045
2.5.2化學(xué)降解緩解方法046
2.5.3機(jī)械降解緩解方法046
2.6小結(jié)048
參考文獻(xiàn)048
3催化層：化學(xué)降解與結(jié)構(gòu)破壞
3.1概述052
3.1.1催化劑的重要作用052
3.1.2催化層與催化劑的關(guān)系053
3.1.3高效MEA的開(kāi)發(fā)策略056
3.1.4催化劑發(fā)展現(xiàn)狀060
3.2漿料對(duì)性能和壽命的影響063
3.2.1催化劑漿料對(duì)催化層結(jié)構(gòu)的影響063
3.2.2催化層結(jié)構(gòu)與耐久性的關(guān)系066
3.3電堆活化與恢復(fù)方法073
3.3.1電堆活化與耐久性的關(guān)系073
3.3.2電堆恢復(fù)活化法介紹073
3.4活性金屬衰退與評(píng)價(jià)方法078
3.4.1Pt顆粒的團(tuán)聚與長(zhǎng)大079
3.4.2Pt流失與再分布080
3.4.3Pt中毒080
3.4.4催化劑衰退的緩解方法081
3.4.5催化劑衰退的評(píng)價(jià)方法082
3.5載體衰退與評(píng)價(jià)方法084
3.5.1碳載體的衰退084
3.5.2載體衰退的緩解方法086
3.5.3載體衰退的評(píng)價(jià)方法087
3.6離聚物對(duì)PEMFC性能的影響及其衰退089
3.6.1離聚物對(duì)PEMFC性能的影響089
3.6.2離聚物的衰退機(jī)制090
3.7小結(jié)091
參考文獻(xiàn)091
4氣體擴(kuò)散層：制造工藝及衰退機(jī)理
4.1概述102
4.1.1氣體擴(kuò)散層的基本要求102
4.1.2氣體擴(kuò)散層國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀103
4.2氣體擴(kuò)散層結(jié)構(gòu)與材料及功能與特性104
4.2.1結(jié)構(gòu)與材料104
4.2.2功能與特性106
4.2.3氣體擴(kuò)散層與極板的相互作用109
4.3氣體擴(kuò)散層制造方法110
4.3.1碳基材料制造方法110
4.3.2金屬基材料制造方法cm100111
4.3.3疏水處理112
4.4氣體擴(kuò)散層的理化特性及表征方法113
4.4.1力學(xué)性能113
4.4.2導(dǎo)電性114
4.4.3導(dǎo)熱性115
4.4.4透氣率116
4.4.5孔隙率及孔徑分布116
4.4.6親疏水性117
4.5氣體擴(kuò)散層的衰退機(jī)理117
4.5.1物理衰退118
4.5.2化學(xué)衰退120
4.6緩解氣體擴(kuò)散層衰減的策略121
4.6.1優(yōu)化裝配壓力121
4.6.2MPL設(shè)計(jì)121
4.7小結(jié)122
參考文獻(xiàn)123
5雙極板與流場(chǎng)：成形方式與腐蝕失效分析
5.1雙極板的功能與性能要求129
5.2雙極板的流場(chǎng)設(shè)計(jì)131
5.3雙極板材料133
5.3.1石墨雙極板133
5.3.2復(fù)合雙極板134
5.3.3金屬雙極板134
5.4雙極板成形方式135
5.4.1石墨與復(fù)合雙極板成形方式135
5.4.2金屬雙極板成形方式136
5.5雙極板組對(duì)方式139
5.6衰退機(jī)理與抑制策略141
5.6.1衰退機(jī)理141
5.6.2提高金屬雙極板耐腐蝕性的策略143
5.7雙極板主要指標(biāo)及評(píng)測(cè)方法144
5.7.1氣密性測(cè)試144
5.7.2抗彎強(qiáng)度測(cè)試145
5.7.3腐蝕電流測(cè)試145
5.7.4接觸電阻測(cè)試146
5.7.5接觸角測(cè)試147
5.8小結(jié)147
參考文獻(xiàn)148
6關(guān)鍵零部件對(duì)燃料電池堆耐久性的影響
6.1概述153
6.1.1密封件基本要求153
6.1.2燃料電池密封件國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展154
6.2密封材料選型準(zhǔn)則155
6.3PEMFC的密封結(jié)構(gòu)156
6.3.1線(xiàn)密封結(jié)構(gòu)157
6.3.2一體化密封結(jié)構(gòu)157
6.4密封件材料評(píng)估方法158
6.4.1物理特性與參數(shù)158
6.4.2化學(xué)特性及表征162
6.5密封件加速評(píng)估方法166
6.5.1老化對(duì)比實(shí)驗(yàn)166
6.5.2加權(quán)選型方法168
6.5.3工程應(yīng)用前景169
6.6端板及其他電堆輔件170
6.6.1端板的作用170
6.6.2端板對(duì)耐久性的影響170
6.6.3其他電堆輔件對(duì)耐久性的影響173
6.7小結(jié)75
參考文獻(xiàn)176
7電堆運(yùn)行條件下的耐久分析
7.1概述178
7.2燃料電池水熱管理180
7.2.1燃料電池中的兩相流180
7.2.2燃料電池水管理183
7.2.3燃料電池?zé)峁芾?85
7.3電堆運(yùn)行工況的衰退分析188
7.3.1高電勢(shì)引起的衰退188
7.3.2電勢(shì)循環(huán)與衰退189
7.3.3反極造成的衰退189
7.3.4啟/停機(jī)與氫/空界面190
7.3.5車(chē)用工況與衰減192
7.4電堆低溫冷啟動(dòng)策略197
7.4.1模型研究199
7.4.2實(shí)驗(yàn)方法201
7.4.3工程應(yīng)用202
7.5小結(jié)204
參考文獻(xiàn)205
8雜質(zhì)氣體對(duì)PEMFC性能的影響
8.1氫氣/空氣中的雜質(zhì)來(lái)源212
8.1.1傳統(tǒng)制氫技術(shù)213
8.1.2氫氣的提純工藝215
8.1.3新型制氫技術(shù)217
8.1.4大氣污染物來(lái)源分析218
8.1.5空氣污染物的去除方法220
8.2雜質(zhì)氣體影響的分析方法221
8.2.1水分分析方法222
8.2.2總烴及無(wú)機(jī)雜質(zhì)組分分析方法222
8.2.3總硫分析方法223
8.2.4氨分析方法223
8.2.5氯化氫分析方法223
8.2.6顆粒物分析方法223
8.2.7電化學(xué)測(cè)試分析方法223
8.2.8空氣/氫氣中雜質(zhì)對(duì)PEMFC性能影響的測(cè)試方法226
8.3氫氣雜質(zhì)對(duì)PEMFC的影響228
8.3.1CO對(duì)陽(yáng)極的影響228
8.3.2H2S對(duì)陽(yáng)極的影響233
8.3.3Cl2對(duì)陽(yáng)極的影響234
8.3.4NH3對(duì)陽(yáng)極的影響235
8.3.5CO2對(duì)陽(yáng)極的影響238
8.4空氣雜質(zhì)對(duì)PEMFC的影響239
8.4.1N2對(duì)陰極的影響240
8.4.2NOx對(duì)陰極的影響240
8.4.3SO2對(duì)陰極的影響243
8.4.4HxCy對(duì)陰極的影響246
8.4.5CO對(duì)陰極的影響246
8.4.6協(xié)同影響248
8.5緩解空氣雜質(zhì)對(duì)PEMFC影響的策略249
8.5.1空氣過(guò)濾器249
8.5.2高電勢(shì)氧化法258
8.5.3吹掃法260
8.5.4高溫質(zhì)子交換膜燃料電池(HT-PEMFC)261
8.6小結(jié)262
參考文獻(xiàn)263