图解燃料电池 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

图书标签:

• 燃料电池
• 新能源
• 图解
• 科普
• 技术
• 能源
• 环保
• 化学
• 物理
• 汽车

本书特色

众所瞩目的新能源！改变人类未来生活的重要技术！
本书完整收录燃料电池的现在与未来！

　　燃料电池以氢气取代化石为燃料来发电，可解决能源枯竭的问题，被视为新世代能源；氮氧化物、硫氧化物、二氧化碳这类的环境影响物质排放量稀少，不会造成暖化与环境污染；不使用机械，而是借由化学反应来直接发电，运转安静稳定，不会制造噪音与振动，可谓环保问题的有效对策。

　　另外，设备简单小型、发电效率高，被视为汽车动力与3C产品电源的发展趋势；可利用废热进行汽电共生的特色，更使它拥有作为商用、家用分散型电源的潜力。一场以氢气为主角的能源革命已然展开！

　　本书运用大量图解，以浅显易懂的方式呈现燃料电池的全貌，包括：相关原理、系统构成、氢气取得、应用领域，以及今后展望等。想了解燃料电池这门「梦幻技术」，本书为掌握其基础知识的最佳捷径。

监修者简介

燃料电池开发资讯中心（FCDIC）

　　1986年7月创立，为一非营利组织（NPO），以燃料电池相关技术开发，与燃料电池系统的导入、普及和促进为宗旨。2000年10月1日，以从事燃料电池开发的主要日本企业和机关为中心，由173席法人会员、45席学术会员及23席海外会员（法人及个人）组成。在举办研究会、讲习会和座谈会等活动，以及发行年报、资料集等出版物之余，展开燃料电池的开发、实用化及普及之相关事业。

作者简介

石井弘毅

生于昭和40年，日本神奈川县人。目前为自由作家，广泛于杂志、网路发表文章。

译者简介

林羿妏

2006年毕业于台湾大学国际企业学系，目前为兼职口笔译者。

科技前沿探索：新能源材料与能源转换技术新视野 图书名称： 科技前沿探索：新能源材料与能源转换技术新视野 图书定位： 本书旨在为能源科学、化学工程、材料科学及相关领域的研究人员、工程师、高校师生提供一个全面而深入的视角，聚焦于当前全球能源转型背景下，极具潜力的前沿能源技术与新型功能材料的最新进展。内容涵盖从基础理论到实际应用的广阔领域，重点探讨如何通过材料创新驱动能源转换效率的革命性提升。 --- 第一部分：先进能源材料的微观结构与宏观性能 本部分深入剖析了构成未来能源系统的核心——先进功能材料的微观结构特性及其对宏观性能的决定性影响。我们不再局限于传统的半导体或催化剂材料，而是将目光投向更具设计性和可控性的新型结构。 第一章：新型储能载体的晶体缺陷工程 本章详细阐述了如何通过精确控制材料中的点缺陷、线缺陷和面缺陷，来调控离子传输通道的构筑和电子导电网络的优化。重点分析了高熵氧化物、钙钛矿结构材料中，阳离子或阴离子空位对电荷载流子迁移率的影响机制。通过计算模拟（如DFT方法）与实验验证相结合，揭示了缺陷工程在提升固态电解质离子电导率和电极材料体积稳定性中的关键作用。此外，书中还探讨了界面缺陷如何成为限制器件性能的瓶颈，并提出了界面相工程的策略。 第二章：纳米尺度下的光电协同效应 本章聚焦于利用量子尺寸效应和表面等离激元共振效应，来突破传统材料的光吸收和电荷分离效率的限制。内容涵盖了量子点、二维纳米片（如过渡金属硫化物、MXenes）的合成方法学，特别是“自下而上”和“自上而下”策略的优化。着重分析了异质结的构建，例如P-N结、I-I结（绝缘体-绝缘体结）的形成，如何有效地分离光生载流子，减少复合损失。书中详细对比了不同纳米结构（球形、棒状、片状）对光捕获截面的影响，并讨论了形貌控制在实现宽光谱吸收中的重要性。 第三章：高稳定性和耐受性的结构设计 针对能源设备在苛刻工作环境（高温、强酸碱、高压）下的服役可靠性问题，本章深入探讨了结构稳定性设计的原理。内容涉及： 1. 热力学稳定性增强： 通过引入刚性骨架或高键能单元，提升材料的分解温度和相变抗性。 2. 机械鲁棒性设计： 针对循环过程中的体积变化问题，引入自修复机制或应力缓冲层（如聚合物基复合材料的内嵌支撑），以维持电极与电解质的有效接触。 3. 抗腐蚀和抗钝化机制： 探讨了表面保护层（如ALD/CVD技术沉积的超薄氧化物层）在隔离活性物质与腐蚀性电解液方面的最新进展，以及如何设计具有自钝化功能的合金体系。 --- 第二部分：能源转换与存储的前沿技术突破 本部分将理论与实际应用紧密结合，重点介绍了当前能源技术领域最具颠覆性的研究方向，强调了多学科交叉融合的创新路径。 第四章：电催化与光催化驱动的水分解技术 本章专注于清洁能源制备——氢能，特别是水分解制氢的技术瓶颈与突破。 1. 高效析氧反应（OER）与析氢反应（HER）催化剂： 详细分析了铱、钌基非贵金属催化剂的活性位点调控策略，以及氮化碳、过渡金属磷化物在碱性介质中的性能优化。书中引入了“本征缺陷活性”的概念，阐述了如何通过非金属掺杂激活惰性材料。 2. 光电化学（PEC）水分解系统集成： 讨论了半导体光吸收材料与催化剂的有效耦合，如何实现光生电荷的有效分离与传输。重点解析了PEC电池的阻抗分析，以及如何降低界面电荷转移阻力。 3. CO2还原（CO2RR）的多碳产物选择性控制： 超越传统单碳产物生成，本章探讨了铜基和银基催化剂在调控C-C耦合反应中的作用，并提出了基于分子筛限域效应实现高选择性合成乙醇或丁醇的潜在路径。 第五章：固态电解质与界面相的精确控制 固态电池被认为是下一代高能量密度储能系统的关键。本章的核心在于解决固态电解质与电极之间的界面阻抗问题。 1. 无机固态电解质的性能优化： 深入对比了氧化物（如LLZO、LAGP）和硫化物（如LGPS）体系的离子传导机制，分析了制备过程中的烧结温度、密度对离子通道的影响。 2. 聚合物固态电解质的离子溶胀与导电性提升： 探讨了新型高分子基体（如聚醚类、聚砜类）在与锂盐复合时，如何通过引入“软区”来促进锂离子快速传输，同时保持良好的机械性能。 3. 电极/电解质界面工程： 强调了界面层形成时的化学反应和物理接触不良问题。书中提出了原位沉积缓冲层（如LiPON）和电极预处理技术，以构建低阻抗、高稳定性的固-固界面。 第六章：热电材料的塞贝克效应与能量回收 本章转向热能的直接电能转换——热电技术。 1. 提高ZT值的多尺度调控策略： 热电优值ZT由塞贝克系数（S）、电导率（σ）和热导率（κ）决定。本章详细分析了如何通过引入纳米结构散射声子来大幅降低晶格热导率（κL），同时利用能带工程或缺陷工程提升电子导电性（σ）和塞贝克系数（S）。 2. 新型热电材料体系： 涵盖了对碲化物、硅锗合金的传统研究，并重点介绍了具有高ZT值的有机/无机杂化材料以及拓扑绝缘体在热电转换中的应用潜力。 --- 第三部分：能源系统的集成、建模与未来展望 本部分侧重于如何将单一材料和器件的性能提升转化为系统层面的效率优化，并展望未来研究的关键方向。 第七章：能源器件的多物理场耦合仿真 在设计复杂的能源转换系统时，必须考虑电化学、热力学、流体力学等多物理场的相互作用。本章提供了先进的建模工具和方法论。 1. 计算流体力学（CFD）在反应器设计中的应用： 如何通过优化流场分布，确保反应物和产物均匀接触活性位点，避免局部过热或浓度梯度过大。 2. 电化学阻抗谱（EIS）的解析与等效电路建模： 深入解析EIS数据，区分不同界面（如电极/电解质、催化剂/载体）的电荷转移阻抗、欧姆阻抗和扩散阻抗，为器件优化提供定量依据。 3. 系统级能效评估： 讨论了如何建立从材料到系统（如小型热电发电机组、PEC反应器）的效率传递模型，预测实际工况下的能量损失来源。 第八章：面向可持续性的绿色制造与循环经济 本章关注能源技术的可持续性，从材料的获取、制造到生命周期结束的全流程考量。 1. 低环境影响的合成路径： 探讨了使用水相合成、机械化学研磨（Ball Milling）等低能耗、低溶剂消耗的绿色制备技术。 2. 关键稀有金属的替代与回收： 分析了铂族金属、稀土元素在催化剂和功能材料中的依赖性，并详细介绍了从废旧电池和电子废弃物中高效回收锂、钴、镍等金属的湿法和火法冶金新技术。 3. 生物质能与碳中和技术的前景： 简要介绍了生物质催化转化技术（如快速热解、气化）与碳捕集封存（CCS）技术的协同发展路径，以构建负排放的能源闭环系统。 总结： 《科技前沿探索：新能源材料与能源转换技术新视野》汇集了多个关键领域的前沿成果，强调了材料科学的创新性在解决全球能源挑战中的核心地位。本书为读者提供了系统性的理论框架和最新的实验指导，是推动下一代高效、可持续能源技术发展的必备参考书。

1、燃料电池是什么？

燃料电池受瞩目的理由∕新能源主角∕燃料电池不是「电池」吗？∕借由化学反应来发电，因此效率高∕环保问题的有效解决对策∕实际上排出之环境影响物质也非常稀少∕二氧化碳的排放可减少一半以上∕可导入的领域极为广泛∕可利用燃料种类多元，紧急时也可照常应用∕200年前便已发现燃料电池的原理∕由太空开始应用∕日本的开发进展∕在世界上得到的认知正在升高∕专栏──燃料电池是千禧年计画

2、燃料电池的原理与特征

用氢气和氧气来产生电力∕由化学反应可取得多少能量？∕4种主要的燃料电池∕运转温度的差异造成不同的特征∕低温下也能高效率的运转？∕高温型可适用「组合发电」∕定置型可利用废热来提高效率∕利用热能的方式∕用于分散型发电也相当迷人∕专栏──21世纪是氢气的时代

3、燃料电池的构造

燃料电池的最小单位是「Cell」∕可传导离子但不传导电子的「电解质」∕提供氢气和氧气反应场所的「电极」∕促进电极反应的「白金触媒」∕电解质之一的「离子交换膜」是什么？∕Cell的寿命有多长？∕单Cell电压和「电池堆」∕燃料电池的系统结构∕制造氢气的燃料处理系统∕用于热能利用的排热回收系统∕用于供给稳定电力的交直流转换系统∕负责精密管控的控制系统∕启动、运转、停止的顺序∕燃料电池所需的维护∕专栏──国际间正在发展的氢气应用计画

4、取得氢气的方法

由化石燃料等取得氢气∕水蒸气重组法的原理∕起动性佳的部分氧化法∕可于低温下重组的甲醇∕用于定置型燃料电池相当优异的天然气∕仍有许多课题尚待解决的汽油∕垃圾和家畜粪尿也可成为原燃料∕一氧化碳也可作为高温型燃料电池的燃料∕煤可以作为高温型燃料电池的原燃料∕应用氢气计画──
WE-NET∕关于氢气的输送和储藏方法∕专栏──重组是普及化的关键科技

5、汽车用的燃料电池

燃料电池车已开跑∕用于汽车所需的性能∕输出功率高且易于应用的固态高分子型燃料电池∕如何储藏足以行驶500公里使用的氢气？∕利于汽车内重组的原燃料为？∕最有希望的是甲醇或汽油∕为普及而朝向轻薄短小发展∕必须提升实用性及耐久性∕购买一辆燃料电池汽车需要多少钱？∕起初会从巴士开始吗！？∕在国际间进行的正式运转实验∕国际间的汽车厂商正在进行开发∕日本车厂的进展∕其他燃料电池和汽车∕也可用于汽车以外的交通工具∕专栏──燃料电池车跑完42.195公里！？

6、定置型燃料电池

已实用化的定置型燃料电池∕朝向导入需要大量热能的设施来发展∕产业用分散型发电∕活用工厂所排出的未利用资源∕家用燃料电池如冷气机般大小∕家庭中的汽电共生∕走在定置型燃料电池尖端的磷酸型∕磷酸型燃料电池的特征∕于大规模发电研究中蓬勃发展的熔融碳酸盐型燃料电池∕熔融碳酸盐型燃料电池的特征∕以实用化为目标的固态氧化物型燃料电池∕固态氧化物型燃料电池的特征∕定置型中相当被看好的固态高分子型燃料电池∕专栏──作为都市能源的魅力

7、今后展望

不拘场所的可携式电源∕用于笔记型电脑和行动电话等∕轻薄短小的直接甲醇型燃料电池∕崭新的液态燃料也登场∕重新受到重视的直流电源∕作为可信赖的紧急用电源∕作为循环型社会的核心能源∕开启氢气时代的再生型燃料电池∕迈向燃料电池普及所遭遇的课题

索引

作者序

　　採用氢气为燃料来发电的燃料电池，被视为新世代能源而受到各界瞩目。燃料电池可作为地球暖化及环境破坏的抑制手段，并视为能源枯竭的解决方案，而且，相当值得期待的，燃料电池若普及，极可能引发经济涟漪效应。若稍微观察，数年后燃料电池汽车上市贩售，在你眼前奔驰的时代已然来临。燃料电池将会取代今日社会大量生产、大量消费的化石燃料，从此，以氢气为主角的能源革命即刻展开。

　　然而，相较于燃料电池的高度话题性，真正了解燃料电池真面目的人似乎仍然很少。其理由约如下几项。首先，「燃料电池」之名称容易令人产生误解。燃料电池本是一种和火力发电及核能发电相同的发电装置，然而，这个名称是否会令人联想到新型的干电池或蓄电池呢？由燃料电池衍生出的用途十分广泛，以电力产业的发电厂为首，汽车的动力来源、或行动电话的电源等，均受到期待，然而，相关装置的构造和原理却有些令人不容易理解，犹有甚者，近年来燃料电池的研发进展神速也是原因之一吧！近来，燃料电池被称为「梦幻技术」，想据以即刻兑现应用之想法，也并非不可及的事。当然，燃料电池还留有一些亟待解决的技术课题，即便如此，希望大家能体会到：开始应用燃料电池的产品其实已经相当多元了。

　　鑑于燃料电池最近受到广泛的讨论，因此，我们因应有兴趣进一步了解它的所有读者出版了这本书。为了让不擅长电子学或化学的读者也能看得懂，我们尽量避免使用专业术语或算式，尽可能地以易于理解的方式呈现燃料电池的全貌。先由燃料电池受瞩目的理由谈起，并整理出相关的原理和构造、可应用的领域等资讯，另外，在本书中也会提到一些最新的研发状况，目前已应用到什么程度？或是正在解决什么样的课题等要点。我认为，值此之际，若想要更深入了解燃料电池，掌握基础知识应该不失为一条捷径。燃料电池在二十一世纪的能源中已然有其不容忽视的地位，人们不管是在报纸或新闻中看到它而对它产生兴趣，或是受到关心环保问题的影响，诸此类推，因而更多人愿意深入了解燃料电池的话，我会感到非常雀跃。

　　最后，诚挚感谢诸位燃料电池开发情报中心协助编辑的先生小姐们，还有欧姆出版社及相关人士的支援。

评分☆☆☆☆☆

老实说，我对“燃料电池”这个词的印象，一直是停留在新闻报道里，感觉离我生活很遥远，像是一种高大上的科技，但具体是怎么工作的，以及它到底有什么优势，我一直是一头雾水。《图解燃料电池》这本书，真的让我对它刮目相看！打开这本书，第一感觉就是“干净”，排版很舒服，图片都很清晰，没有那种杂乱无章的感觉。然后，当我开始阅读的时候，我就被它那种“化繁为简”的功力深深折服了。它没有一开始就抛出一大堆专业术语，而是循序渐进，从最基础的原理讲起。书里那些图，不是那种简单的示意图，而是那种很有“故事感”的图，能够很形象地展示出氢气分子怎么变成质子，电子又是怎么被“拉”出来形成电流，最后氧气怎么和质子结合生成水。我之前看一些科普文章，说到催化剂，就觉得特别抽象，不知道它到底做了什么。这本书用了一系列的小图，把催化剂在反应过程中的角色，比如“搭桥”、“加速”这些功能，表现得淋漓尽致。而且，它还对比了不同的燃料电池类型，用图来展示它们之间的结构差异和性能特点，这对我这种喜欢横向对比的人来说，简直是太有帮助了！读完这本书，我感觉我脑袋里那个模糊的“燃料电池”形象，一下子变得立体、清晰了许多，甚至还能想象出它在不同场景下的应用，比如汽车、发电站等等。这本书真的很适合那些想要快速入门，但又不想被海量信息淹没的读者。

评分☆☆☆☆☆

哇，拿到这本《图解燃料电池》真是太惊喜了！我一直对各种新能源技术很感兴趣，尤其是最近几年经常听到燃料电池这个词，但总觉得它有点抽象，概念性的东西比较多，自己脑补起来总觉得隔靴搔痒。这次看到这本《图解燃料电池》，我立刻就被它的名字吸引住了，心想这下终于可以把那些复杂的原理看得明明白白了！打开书，果然没有让我失望，书中的图解真的非常生动形象，把一个我之前觉得像天书一样的燃料电池工作原理，一点一点地拆解开来，让我能够非常直观地理解。比如说，它用很精妙的图示来展示质子交换膜的结构，以及氢气和氧气是如何在催化剂的作用下发生反应，最终产生电能和水的。不仅仅是原理，书中还涉及到了不同类型的燃料电池，比如PEMFC、SOFC等等，每一种都有详细的图文解释，让我对它们各自的特点和应用场景有了更清晰的认识。我尤其喜欢它在介绍各个组成部分的时候，都会配上相关的实物图或者示意图，这样一来，我不仅知道“这是什么”，还能大概了解“它长什么样”、“它在整个装置里大概是什么位置”。这对于我这种视觉型学习者来说，简直是福音！这本书的编写角度非常贴近普通读者的需求，没有过多艰涩的专业术语，即使是初次接触燃料电池的读者，也能轻松上手。我现在已经迫不及待地想把里面的知识运用到我的一个小型DIY项目上了，相信这本《图解燃料电池》会是我不可或缺的参考书！

评分☆☆☆☆☆

拿到《图解燃料电池》这本书，我的第一反应是：“终于有一本书可以把我之前看过的零散的知识点串起来了！”我之前在网上或者其他书上，断断续续地接触过一些关于燃料电池的碎片信息，但总是觉得它们缺乏整体性，理解起来像是拼凑一幅不完整的拼图。这本书最大的亮点，就是它的“图解”做得非常到位。它不是那种随便画几个圈圈点点就叫图解的书，而是真正把复杂的化学反应、电化学过程，通过一个个生动、精细的图示，呈现出来。我最喜欢它讲解质子交换膜燃料电池（PEMFC）的部分，它用一种非常形象的方式，展示了氢气分子在阳极如何被分解成质子和电子，电子如何通过外电路形成电流，而质子如何穿过膜到达阴极，最终和氧气结合生成水。这个过程，我之前光看文字描述，总是有点云里雾里，但看了图之后，感觉豁然开朗。而且，它对不同类型燃料电池的对比，也很有意思。比如，在介绍高温燃料电池时，它会用颜色和动态效果来模拟高温下的反应环境，让我能直观地感受到不同温度对反应效率和材料选择的影响。书中还会涉及一些实际的应用场景，比如燃料电池在电动汽车、便携式电源等领域的应用，并且会配上相关的系统图，让我能更好地理解燃料电池是如何集成到实际产品中的。这本书真的是一本把理论和实践结合得非常好的书，对于想要深入了解燃料电池技术，但又希望有一个清晰、直观的理解方式的读者来说，绝对是不可多得的好书！

评分☆☆☆☆☆

我是一名对环保和可持续能源充满热情的研究者，长期以来，我一直关注着各种清洁能源技术的最新进展，而燃料电池无疑是其中最让我着迷的领域之一。然而，在实际的研究过程中，我时常会遇到一些技术细节上的瓶颈，而寻找一本能够兼顾理论深度与实践指导的书籍，却显得尤为困难。《图解燃料电池》这本书，为我提供了一个全新的视角和极大的帮助。书中对于燃料电池核心组件的结构解析，比如隔膜的微观形貌、电极的催化层设计，都配以精细的微观图和剖面图，让我能够直观地理解这些关键部分的物理和化学性质是如何影响电池性能的。特别是在描述不同类型燃料电池（如固体氧化物燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池等）的运行机理时，书中通过一系列对比鲜明的图示，清晰地展现了它们在工作温度、电解质选择以及离子传输方式上的根本差异，这对于我深入比较和分析不同技术的优劣至关重要。此外，书中对燃料电池系统集成的图解，也为我理解实际应用中的工程挑战提供了有益的参考，例如如何进行热管理、如何实现高效的燃料供应等。这本书的图解并非简单的装饰，而是与文字内容高度融合，相辅相成，极大地提升了信息的传达效率和深度。对于任何希望在燃料电池领域进行深入研究或技术开发的人士来说，这本《图解燃料电池》无疑是一份宝贵的知识财富。

评分☆☆☆☆☆

一直以来，我对能源转型的话题都抱有浓厚的兴趣，而燃料电池作为一种极具潜力的清洁能源技术，更是吸引着我的目光。然而，市面上关于燃料电池的书籍，要么过于专业，充斥着晦涩难懂的公式和理论；要么过于科普，却又流于表面，无法满足我深入了解的渴望。《图解燃料电池》的出现，恰好填补了这一空白。这本书的独特之处在于它将复杂的科学原理以直观易懂的图解方式呈现出来，这对于我这样非专业背景但求知欲旺盛的读者来说，简直是一场及时雨。书中对燃料电池的内部结构、关键组件（如电解质、电极、催化剂）以及工作流程的剖析，都通过精美的插图和清晰的标注得以完美展现。我特别欣赏它在解释化学反应过程时，不仅仅给出了文字描述，更是用生动的动画式示意图来模拟电子和离子的流动，让我能够“看见”能量是如何产生的。此外，该书还对不同种类的燃料电池进行了详细的分类介绍，并对其各自的优缺点、应用领域做了深入的探讨，这让我能够跳出单一的视角，对整个燃料电池技术的发展脉络有一个更宏观的认识。阅读过程中，我时常会停下来，反复揣摩图上的细节，仿佛置身于一个微观的化学反应现场，这种沉浸式的学习体验是传统文字书籍难以比拟的。我确信，通过这本书的学习，我将能够对燃料电池技术有一个更深刻、更系统、更透彻的理解，为我后续的深入研究打下坚实的基础。