Handbook of Fuel Cells pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:Vielstich, Wolf (EDT)/ Gasteiger, Hubert A./ Lamm, Arnold/ Lamm, Arnold (EDT)/ Gasteiger, Hubert A.

出品人:

页数:3826

译者:

出版时间:2003-5

价格:965.00 元

装帧:HRD

isbn号码:9780471499268

丛书系列:

图书标签:

燃料电池
能源
可再生能源
电化学
材料科学
工程
环境科学
储能
氢能
清洁能源

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具体描述

This four volume set brings together for the first time in a single reference work the fundamentals, principles and the current state-of-the-art in fuel cells. Its publication reflects the increasing importance of and the rapidly growing rate of research into alternative, clean sources of energy. With internationally renowned Editors, International Advisory Board members, and Contributors from academia and industry, it guides the reader from the foundations and fundamental principles through to the latest technology and cutting-edge applications, ensuring a logical, consistent approach to the subject.

The Handbook is divided into three main themes, covered in four volumes: Volume 1: "Fundamentals and Survey of Systems" Volume 2: "Fuel Cell Electrocatalysis" Volumes 3 and 4: "Fuel Cell Technology and Applications"Volume 1, "Fundamentals and Survey of Systems", provides the necessary backg round information on fuel cells, including the fundamental principles such as the thermodyamics and kinetics of fuel cell reactions, mass and heat transfer in fuel cells, and an overview of the key principles of the most important types of fuel cell, and their related systems and applications. Volume 2, "Fuel Cell Electrocatalysis", is concerned with the most important basic phenomenon of fuel cell electrodes, electrocatalysis. It includes an introduction to the topic, and a detailed account of the theory. A number of the key practical methods used to study this phenomenon are discussed, as are a number of the key surface reactions. Finally, a number of other related topics associated with energy conversion are discussed. Volumes 3 and 4, "Fuel Cell Technology and Applications" open with an overview of a range of sustainable energy supplies for fuel cell development. The key issue of fuel storage is considered in detail, before a detailed discussion of the most important types of fuel cells and their applications is presented. Among these, polymer electrolyte membrane fuel cell systems, alkaline fuel cell modules and systems, phosphoric acid fuel cells, direct methanol fuel cells, molten carbonate fuel cells and solid oxide fuel cells are covered in depth. The use of fuel cells in a range of systems is then considered, including portable systems, propulsion systems and electric utility systems. In addition to domestic and industrial systems, use of fuel cells in such novel environments as the space shuttle and submarines is addressed. Finally, Volume 4 closes with a discussion of the future prospects of fuel cell systems. Comprising approximately 170 articles by more than 200 contributors, "The Handbook of Fuel Cells: Fundamentals, Technology and Applications", will be an invaluable source of reference for all those working directly in this important and dynamic field, for electrochemists, and for scientists, engineers and policy-makers involved in the quest for clean and sustainable energy sources.

未来能源的基石：下一代电化学储能系统的革新与展望本书导言：全球能源转型背景下的关键技术突破在人类社会迈向可持续发展的宏伟蓝图中，能源系统的深刻变革是核心议题。传统化石燃料的局限性，日益凸显的环境压力，以及对能源安全稳定性的迫切需求，共同推动了高效、清洁、可再生的电化学储能技术进入前所未有的发展快车道。本书聚焦于超越现有成熟技术范畴，面向未来十年乃至更远期能源格局的颠覆性储能系统——新一代电化学储能技术，深入剖析其理论基础、关键材料、系统集成挑战以及广阔的应用前景。我们摒弃了对传统燃料电池（如质子交换膜燃料电池、固体氧化物燃料电池）的详尽论述，转而将焦点投向那些旨在突破能量密度、循环寿命、成本效益和环境友好性极限的前沿概念和实验性平台。本书旨在为材料科学家、电化学工程师、系统集成专家以及政策制定者提供一个全面、深入且极具前瞻性的技术路线图。 --- 第一部分：突破传统界限的电化学储能机制本部分旨在解构和阐述那些在能量存储机制上与现有商业化技术存在根本性差异的新型电化学平台。第一章：高比能液流电池系统的演进与极限液流电池（Flow Batteries）以其容量与功率解耦的独特优势，被视为电网级储能的有力候选者。然而，传统的钒电解液在成本和能量密度上面临瓶颈。本章将重点探讨非贵金属基液流电池的最新进展。有机液流电池（Organic Flow Batteries）：深入分析基于醌类、酞菁类等有机分子电解质的体系。讨论其在水系和非水系溶剂中的溶解度优化、氧化还原电位的调控，以及如何通过分子工程设计提高循环稳定性和能量密度。特别关注“摇摆酸”（Swing Acid）技术在提高循环寿命中的作用。固态电解质界面调控：探讨采用固态或半固态隔膜（如离子交换膜的改进）以减少跨膜穿梭效应（Crossover Effect）的技术，并评估其对系统整体效率的影响。新型储能对（Coupling）：分析锌溴、锌碘等混合系统在提高工作电压和电压效率方面的潜力，以及当前面临的枝晶生长抑制难题。第二章：金属-空气电池的潜能与挑战金属-空气电池（如锂-空气、锌-空气、铝-空气）因其理论上极高的能量密度（媲美汽油）而备受关注。本章将严格聚焦于那些旨在解决空气电极可逆性、电解液兼容性和长寿命问题的研究。空气电极催化剂的革新：详细阐述非贵金属基催化剂（如基于石墨烯、碳纳米管或金属氮化物的复合材料）在氧还原反应（ORR）和氧析出反应（OER）中的性能优化。讨论如何通过结构设计（如多孔结构、表面功能化）来提高活性位点密度和稳定性。固态与准固态电解质的应用：探讨使用固态电解质或高粘度离子凝胶电解质来替代传统挥发性有机电解液，以提高安全性和抑制锂枝晶生长。分析界面阻抗在固态/液态界面上的形成机理及其对电池性能的制约。水系锌-空气电池的界面工程：重点分析水系体系中锌负极的均匀沉积与剥离问题，及其与多孔碳气体的协同设计策略。第三章：钠离子电池及下一代碱金属储能尽管锂离子电池仍是主流，但钠、钾等地球储量丰富的元素在构建低成本、大规模储能系统中的地位日益凸显。硬碳与软碳材料的结构解析：深入分析硬碳负极的钠离子存储机制，关注其孔隙结构（微孔、介孔）对嵌钠/脱钠动力学的影响。探讨新型预钠化技术和表面处理对首周效率的提升。高容量正极的开发：研究层状氧化物、普鲁士蓝类似物（PBA）以及聚阴离子型钠盐正极的结构稳定性、倍率性能和高电压工作窗口的拓展。全固态钠离子电池的界面兼容性：讨论陶瓷基或聚合物基固态电解质在钠离子传输中的优势与面临的电极-电解质接触问题。 --- 第二部分：关键材料与界面科学的深层洞察电化学储能系统的性能瓶颈往往根植于材料的本征特性和电极-电解质界面的微观行为。本部分着重于高通量计算、原位表征以及功能化界面材料的开发。第四章：高熵与多金属氧化物正极的设计原理本章超越传统单一金属离子的设计，探索通过引入多种金属离子来提升材料的结构稳定性和电化学性能。高熵氧化物（High-Entropy Oxides, HEOs）：阐述“高熵效应”在晶格中的作用，如何通过引入复杂晶格缺陷来抑制相变、提高离子扩散率，并拓宽工作电压窗口。分析不同价态离子在晶格中的有序/无序分布对电荷补偿路径的影响。表面包覆与掺杂策略：详细介绍使用原子层沉积（ALD）技术精确控制正极表面钝化层厚度和成分的工艺，以稳定高压下的结构，并抑制与电解液的副反应。讨论通过外延生长或界面复合引入功能性离子（如LiF、AlF3）的有效性。第五章：电解液与界面稳定性：从分子到宏观电解液是电化学反应的媒介，其稳定性直接决定了储能器件的寿命和安全性。新型非质子溶剂与添加剂的筛选：探讨离子液体、高浓度电解质（HCEs）以及超临界流体在抑制电极材料表面降解方面的应用。重点分析添加剂（如FEC、VC）在构建稳定固体电解质界面（SEI）或表面钝化膜（CEI）中的精确分子作用机制。界面副反应的计算模拟：利用密度泛函理论（DFT）和分子动力学（MD）模拟，精确预测电解液分子在不同电位下的分解路径和活性物质的溶剂化结构变化，从而指导下一代电解液的理性设计。电化学窗口的拓展：针对高电压体系，分析电解液氧化分解的临界点，并介绍通过引入高氧化还原稳定性的盐（如LiPF6的替代品）来实现电压提升的路径。第六章：电极结构工程与快速离子传输为了实现更高的倍率性能，必须优化电极内部的电子和离子传输网络。三维（3D）集成电极结构：深入研究基于集成导电网络（如碳纳米管/石墨烯骨架）的3D电极设计，以缩短离子扩散路径并提升电子传导效率。分析孔隙率梯度设计对充放电过程中体积变化的缓冲作用。微结构控制与颗粒研磨技术：探讨如何通过控制活性物质颗粒的尺寸分布、形貌（球形、片状、棒状）来优化电极的装填密度和界面接触质量。电极制造过程中的缺陷控制：关注浆料制备、涂布干燥过程中的颗粒团聚、取向不均等缺陷对整体电化学性能的长期影响，并提出相应的在线监测和反馈控制策略。 --- 第三部分：系统集成、安全认证与经济性评估先进的电化学系统要转化为实际应用，必须跨越从实验室到工厂的鸿沟，这涉及到系统级的工程优化、热管理和经济可行性分析。第七章：先进热管理与系统集成设计高能量密度和高功率输出必然带来严峻的热挑战。被动与主动热管理策略：详细对比基于相变材料（PCM）、液体冷却回路、以及气冷等不同散热方案在电芯层级、模组层级和电池包层级的适用性、效率和成本。重点分析如何通过优化热流路径来消除局部热点（Hot Spots）。电池健康状态（SOH）与热失控预防：介绍基于先进传感器（如光纤光栅传感器、嵌入式温度探针）的实时内部状态监测技术。深入分析热失控的触发机制、传播路径，以及基于系统级联保护的设计原则。第八章：制造工艺的放大化与成本控制大规模商业化依赖于稳定、高效且低成本的制造流程。连续制造（Roll-to-Roll）工艺的适应性：评估新型电极材料（如无粘结剂电极、浆料优化）对高速度、高精度连续涂布工艺的兼容性，以及干燥过程中的能耗优化。寿命周期成本（LCC）分析：建立全面的经济模型，量化初始资本支出（CAPEX）、运营成本（OPEX，包括维护和替换）、以及系统寿命对度电成本（LCOS）的影响。对比不同技术路线在不同应用场景下的经济竞争力。第九章：循环经济与可持续性确保能源技术的环境友好性是长期发展的核心要求。关键元素替代与资源回收：探讨如何设计易于拆解和回收的电池结构。重点关注从退役电池中高效回收稀有元素（如锂、镍、钴）的新型湿法和干法冶金技术，以及如何利用低价值元素构建新的储能平台。环境影响评估（LCA）：采用生命周期评估方法，量化从原材料开采到系统报废的全过程碳足迹、水资源消耗和生态毒性，为技术路线选择提供科学依据。 --- 结语：迈向万亿瓦时级储能时代的展望本书的分析表明，下一代电化学储能技术正处于从理论验证向工程实践过渡的关键阶段。成功实现大规模商业化，需要材料科学的根本性突破与系统工程的精细化结合。本书力求以严谨的学术态度和前瞻性的视野，描绘出支撑未来清洁能源生态的电化学储能新版图。