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編輯推薦：
本书聚焦燃料电池技术，全面且深入地阐述了其基本原理、关键技术及广泛应用。本书是新能源汽车工程专业联盟推荐教材，可作为新能源汽车工程专业的本科生专业课教材。本书也为科研人员、工程师及决策者提供了坚实的理论与实践指引，有力推动该技术在全球能源转型中发挥关键作用。
內容簡介：
本书聚焦燃料电池技术，全面且深入地阐述了其基本原理、关键技术及广泛应用。开篇精准剖析燃料电池将化学能直接转换为电能的独特机制，基于热力学与动力学原理，解析各类燃料电池（碱性、磷酸、熔融碳酸盐、质子交换膜、固体氧化物等类型）的工作原理及性能差异。核心技术部分详述了膜电极组件（质子交换膜、催化剂、气体扩散层）、双极板、密封技术、水/热管理及冷启动技术等，从材料特性、制备工艺到性能优化，多维度探究提升燃料电池效率与稳定性的策略。应用领域涵盖分布式发电、交通运输（汽车、船舶、航空航天）、便携式电源等，尤其着重于燃料电池汽车技术，从动力系统集成到整车性能优化，详析技术瓶颈与突破方向，为科研人员、工程师及决策者提供了坚实的理论与实践指引，有力推动了该技术在全球能源转型中发挥关键作用，迈向低碳、高效的能源未来。
關於作者：
董非，教授，博导，长期从事动力系统多相流动与热管理技术领域的科研工作。担任汽车与交通工程学院燃料电池发动机研究所执行所长，入选江苏省“六大人才高峰”人才培养对象。兼任中国内燃机学会燃料电池发动机分委会委员，江苏省内燃机学会，汽车工程学会会员等，曾在日本Osaka University作访问学者，主持国家自然科学基金等课题10余项，获江苏省人民政府政府科技奖二等奖等多个奖项，在Renewable and Sustainable Energy Reviews、Applied Energy、International Journal of Heat and Mass Transfer， Applied Thermal Engineering等传热传质领域重要期刊发表SCI论文100余篇，在电池系统方面授权国内外专利30余件。
目錄
前言第1章 燃料电池概述11.1 燃料电池原理11.2 燃料电池的发展历史31.3 燃料电池的分类71.3.1 碱性燃料电池（AFC）71.3.2 磷酸燃料电池（PAFC）81.3.3 熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）81.3.4 质子交换膜燃料电池（PEMFC）91.3.5 固体氧化物燃料电池（SOFC）91.4 燃料电池的应用11第2章 燃料电池电化学基础172.1 燃料电池热力学172.1.1 吉布斯自由能172.1.2 燃料电池电动势与能斯特（Nernst）方程182.1.3 理论效率的计算192.1.4 燃料电池与热机效率对比192.2 电极过程动力学202.2.1 法拉第定律212.2.2 极化212.2.3 多孔气体扩散电极28第3章 质子交换膜燃料电池核心部件313.1 质子交换膜燃料电池发电原理313.2 膜电极323.2.1 质子交换膜323.2.2 催化剂353.2.3 膜电极制备工艺393.3 双极板413.3.1 材料423.3.2 流场453.4 密封件与端板56第4章 氢燃料电池系统设计604.1 氢燃料电池系统概述614.2 氢气供应子系统624.2.1 储氢瓶624.2.2 减压阀与截止阀634.2.3 气液分离器644.2.4 喷射器和氢气循环泵644.3 空气供应子系统664.3.1 空气压缩机694.3.2 压力传感器704.3.3 加湿模块724.4 水/热管理子系统734.4.1 水/热管理系统的设计原理734.4.2 水/热管理系统的主要部件78第5章 燃料电池水管理815.1 PEMFC气液两相流动实验测量825.1.1 PEMFC气液两相流动可视化实验825.1.2 气体扩散层液态水流动可视化实验设计与平台搭建855.1.3 流道液态水流动可视化实验设计与平台搭建865.2 PEMFC气液两相流动模拟885.2.1 气体扩散层气液两相流动数值计算模型905.2.2 流道气液两相流动数值计算模型925.3 PEMFC强化排水设计955.3.1 气体扩散层强化排水设计955.3.2 流道强化排水设计97第6章 燃料电池热管理1016.1 燃料电池内部的产热过程1016.2 温度对燃料电池性能的影响1026.3 燃料电池热管理技术的发展方向与需求1036.4 燃料电池热管理测试技术1056.4.1 温度测量技术1056.4.2 热流测量技术1066.4.3 湿度测量技术1066.5 燃料电池热管理建模技术1066.5.1 单体电池传热计算1076.5.2 燃料电池堆传热计算108第7章 燃料电池冷启动1137.1 燃料电池水冰相变过程1147.2 燃料电池冷启动过程1157.2.1 外部热源加热下燃料电池内多相流动和相变传热机理1167.2.2 电化学产热下燃料电池内多相流动和相变传热机理1177.3 燃料电池水冰相变测试方法1187.3.1 直接观测法1187.3.2 间接观测法1207.4 燃料电池冷启动建模1217.4.1 一维宏观模型1217.4.2 多维宏观模型1237.4.3 多维介观模型1267.5 燃料电池冷启动介观模型示例128第8章 燃料电池汽车的关键技术及发展趋势1418.1 燃料电池汽车的关键技术1418.1.1 燃料电池系统核心组件技术1418.1.2 燃料电池汽车动力系统集成技术1488.1.3 燃料电池汽车轻量化与安全性技术1508.2 燃料电池汽车的发展趋势1528.2.1 性能提升1528.2.2 成本降低1558.3 应用拓展1578.3.1 乘用车市场拓展1578.3.2 商用车领域深化应用158
內容試閱
在全球能源结构加速转型、环境约束日益趋紧的时代背景下，燃料电池技术作为一种极具前景的能源转换途径，引发了学界与业界的广泛关注与深入探索。本书旨在为专业读者提供系统、深入且权威的燃料电池技术讲解，以助其全面洞悉该技术的理论根基、技术脉络与实践前沿。能源领域面临的严峻挑战，如化石能源渐趋枯竭、环境污染加剧以及温室气体排放失控，已促使全球各国将目光聚焦于清洁、高效且可持续的新能源技术。燃料电池技术凭借其独特的能量转换机制，在诸多能源解决方案中崭露头角。其通过燃料的电化学反应直接生成电能，规避了传统热机循环的效率桎梏，理论能量转换效率可超 80%，且反应产物多为水，环境相容性极佳，契合可持续发展理念，为能源困境提供了创新破题思路。从历史演进视角审视，燃料电池技术自 19 世纪初萌芽，历经漫长的科研征程与技术沉淀。从早期实验原型的艰难构建，到关键材料与组件的逐步突破，再到系统集成与工程应用的稳健拓展，每一步跨越皆仰赖科学理论的深度挖掘与技术工艺的持续革新。此过程汇聚了多学科智慧，涵盖化学、材料学、物理学、工程学等领域，共同推动其从理论构想迈向实用化技术体系。本书核心内容围绕燃料电池的基本原理、关键技术及应用实践展开系统剖析。在原理层面，深度阐释不同类型（如碱性、磷酸、熔融碳酸盐、质子交换膜、固体氧化物燃料电池等）燃料电池的电化学原理，依据电解质特性、电极反应动力学及热力学原理，精准解析其工作机制、性能特性与适用场景。在技术维度，聚焦膜电极组件（含质子交换膜、催化剂、气体扩散层）、双极板、密封技术、水/热管理技术、冷启动技术等核心要素，基于材料科学前沿成果与先进制造工艺，深入探究各组件性能优化策略及系统集成调控机制，构建高效稳定的燃料电池系统架构。本书注重理论与实践深度融合、基础研究与工程应用紧密衔接，为科研人员开展前沿探索、技术人员攻克工程难题、产业决策者制定战略规划提供了坚实理论支撑与实践指引，有力推动了燃料电池技术在全球能源体系变革中发挥关键引领作用，加速迈向低碳、高效、可持续的能源未来。
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