燃料電池基礎

燃料電池原理第1章　燃料電池簡介1.1　什麼是燃料電池1.2　一個簡單的燃料電池1.3　燃料電池的優點1.4　燃料電池的缺點1.5　燃料電池的種類1.6　燃料電池的基本工作流程1.7　燃料電池性能1.8　特性評估與模擬1.9　燃料電池技術1.10燃料電池與環境1.11本章摘要習　題第2章　燃料電池熱力學2.1　熱力學回顧2.1.1　什麼是熱力學2.1.2　內能(internalenergy)2.1.3　熱力學第一定律2.1.4　熱力學第二定律2.1.5　熱力學勢能2.1.6　莫耳量(molarquantities)2.1.7　標準態(standardstate)2.1.8　可逆性(reversibility)2.2　燃料的熱勢能：反應焓2.2.1　反應焓(reactionenthalpies)的計算2.2.2　焓的溫度相關性2.3　燃料的做功勢能：吉布斯自由能2.3.1　吉布斯自由能計算2.3.2　吉布斯自由能與電能的關係2.3.3　吉布斯自由能與反應自發性之間的關係2.3.4　吉布斯自由能與電壓的關係2.3.5　標準電極電動勢：可逆電壓的計算2.4　非標準狀態條件下燃料電池可逆電壓的預測2.4.1　可逆電壓隨溫度的變化2.4.2　可逆電壓隨壓力的變化2.4.3　可逆電壓隨濃度的變化：能斯特方程式2.4.4　濃差電池(ConcentrationCells)2.4.5　小結2.5　燃料電池的效率2.5.1　理想可逆燃料電池的效率2.5.2　真實的燃料電池效率2.6　本章摘要習　題第3章　燃料電池反應動力學3.1　電極動力學(electrodekinetics)的介紹3.1.1　電化學反應不同於化學反應3.1.2　電化學過程是異質的3.1.3　電流是一種與時間有關的速率3.1.4　總電荷量3.1.5　電流密度比電流更方便3.1.6　電動勢或電位決定電子能量3.1.7　反應速率是有限的3.2　為何電荷傳送過程會有一個活化能3.3　活化能決定反應速率3.4　反應淨速率的計算3.5　平衡態下的反應速率：交換電流密度(ExchangeCurrentDensity)3.6　平衡條件下的反應電動勢：伽伐尼電動勢3.7　電動勢和速率：巴特勒－沃爾默(Butler-Volmer)方程式3.8　交換電流和電催化：如何改善動力學性能3.8.1　增加反應物濃度3.8.2　降低活化能障礙3.8.3　提高反應溫度3.8.4　增加反應發生的數量3.9　簡化的活化動力學：泰菲爾方程式(Tafelequation)3.10　不同燃料電池反應產生不一樣的動力學3.11　催化劑－電極的設計3.12　量子力學(QuantumMechanics)：瞭解燃料電池催化劑的體系3.13　本章摘要習　題第4章　燃料電池電荷傳送4.1　響應力的電荷移動4.2　電荷傳送導致電壓損失4.3　燃料電池電荷傳送電阻的特性4.3.1　電阻隨面積的比例變化4.3.2　電阻隨厚度的比例變化4.3.3　燃料電池的電阻可加性4.3.4　離子(電解質)電阻通常佔主要部分4.4　導電率的物理意義4.4.1　電子導體與離子導體4.4.2　金屬的電子導電率4.4.3　固態晶體電解質的離子導電率4.5　燃料電池電解質種類綜述4.5.1　水溶液電解質／離子液體中的離子傳導4.5.2　高分子聚合物電解質中的離子傳導4.5.3　陶瓷電解質中的離子傳導4.6　關於擴散率和導電率的更多內容(選讀)4.6.1　擴散率的原子級起源4.6.2　導電率和擴散率的關係(1)4.6.3　擴散率和導電率的關係(2)4.7　為何電驅動力決定電荷傳送(選讀)4.8　本章摘要習　題第5章　燃料電池的質傳5.1　電極與流場板中的輸送5.2　電極內的傳送：擴散傳送5.2.1　驅動擴散的電化學反應5.2.2　限制電流密度(LimitingCurrentDensity)5.2.3　濃度影響能斯特電壓(NernstVoltage)5.2.4　濃度影響反應速率5.2.5　燃料電池濃度損耗結論5.3　流場板中的傳送：對流傳送5.3.1　流體力學回顧5.3.2　流場板流道中的質傳5.3.3　氣體沿流場流道燃料不足5.3.4　流場板設計5.4　本章摘要習　題第6章　燃料電池模型6.1　把元件組合成一個系統：一個基本的燃料電池模型6.2　一維燃料電池模型6.2.1　燃料電池中的通量平衡6.2.2　簡化假設6.2.3　控制方程式6.2.4　範例6.2.5　其他考慮因素6.3　基於計算流體動力學的燃料電池模型(選讀)6.4　本章摘要習　題第7章　燃料電池基本特性7.1　我們關注哪些基本特性7.2　基本特性技術總論7.3　現場電化學基本特性測試技術7.3.1　基本的電化學變數：電壓、電流和時間7.3.2　基本的燃料電池測試平台基本要求7.3.3　電流－電壓測量7.3.4　電化學阻抗譜法(EIS)7.3.5　電流中斷測量7.3.6　迴圈伏安法7.4　非現地測試技術7.4.1　孔隙率的測定7.4.2　BET表面積的測定7.4.3　氣體滲透性7.4.4　結構測定7.4.5　化學測定7.5　本章摘要習　題第二部分　燃料電池技術第8章　燃料電池類型概述8.1　引言8.2　磷酸燃料電池8.3　高分子聚合物電解質膜的燃料電池(PEMFC)8.4　鹼性燃料電池(AFC)8.5　熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)8.6　固態氧化物燃料電池(SOFC)8.7　總結8.8　本章摘要習　題第9章　燃料電池系統介紹9.1　燃料電池堆(燃料電池次系統)9.2　熱管理次系統9.3　燃料運送／處理次系統9.3.1　氫氣的儲存9.3.2　使用一種氫載體9.3.3　燃料傳送／重組處理次系統總結9.4　電力電子電能轉換之次系統9.4.1　電力調節9.4.2　電力轉換9.4.3　監控系統9.4.4　電力供應管理9.5　燃料電池系統之設計個案研究：可攜式燃料電池的設計9.6　本章摘要習　題第10章　燃料電池系統整合和次系統設計10.1　四個主要次系統的總述10.1.1　燃料處理次系統10.1.2　燃料電池次系統10.1.3　電力電子次系統10.1.4　熱管理次系統10.1.5　淨電效率和熱回收效率10.2　外部重組：燃料處理次系統10.2.1　燃料重組總論10.2.2　水蒸氣重組10.2.3　部分氧化重組10.2.4　自熱重組(AR)10.2.5　水－氣移轉反應器10.2.6　一氧化碳的去除10.2.7　CO生成甲烷的選擇性甲烷化10.2.8　CO生成CO2的選擇性氧化10.2.9　變壓吸附10.2.10　鈀膜分離10.3　熱管理次系統10.3.1　節點分析步驟總論10.4　本章摘要習　題第11章　燃料電池的環境效應11.1　壽命週期評價11.1.1　壽命週期評價工具11.1.2　壽命週期評價應用於燃料電池11.2　LCA的重要排放物11.3　有關地球暖化的排放物11.3.1　氣候變化11.3.2　自然溫室效應11.3.3　地球暖化11.3.4　地球暖化的例證11.3.5　氫氣是地球暖化的潛在因素11.3.6　定量化環境的影響——二氧化碳當量11.3.7　定量化環境的影響——地球暖化的外部成本11.4　有關空氣污染的排放物11.4.1　氫氣是潛在的空氣污染因素11.4.2　定量化環境的影響——空氣污染對健康的影響11.4.3　定量化環境的影響——空氣污染的外部成本11.5　利用LCA的整體分析11.5.1　電力概要11.6　本章摘要習　題第三部分　附　錄附錄A　常數與換算附錄B　熱力學資料附錄C　25℃時的標準電極電動勢附錄D　量子力學D.1　原子軌道D.2　量子力學假說D.3　一維電子氣D.4　類比杆屈曲D.5　氫原子附錄E　CFD燃料電池模型的控制方程式附錄F　元素週期表附錄G　補充閱讀參考資料參考文獻重要公式

燃料電池原理第1章　燃料電池簡介1.1　什麼是燃料電池1.2　一個簡單的燃料電池1.3　燃料電池的優點1.4　燃料電池的缺點1.5　燃料電池的種類1.6　燃料電池的基本工作流程1.7　燃料電池性能1.8　特性評估與模擬1.9　燃料電池技術1.10燃料電池與環境1.11本章摘要習　題第2章　燃料電池熱力學2.1　熱力學回顧2.1.1　什麼是熱力學2.1.2　內能(internalenergy)2.1.3　熱力學第一定律2.1.4　熱力學第二定律2.1.5　熱力學勢能2.1.6　莫耳量(molarquantities)2.1.7　標準態(standardstate)2.1.8　可逆性(reversibility)2.2　燃料的熱勢能：反應焓2....