低温燃料电池：快速商业化技术

《低温燃料电池：快速商业化技术》全面详细阐述了快速进入商业化的低温燃料电池技术，重点介绍聚合物电解质燃料电池。书中首先简要描述燃料电池发展历史及其商品和示范产品的应用和市场；接着详细阐述质子交换膜燃料电池组件和构建材料（聚合物膜、催化剂、气体扩散层、双极板等），以及组件的制造技术、商业化挑战及其解决技术；最后介绍了新概念低温燃料电池（可逆再生燃料电池、微生物燃料电池、直接液体燃料电池和直接固体燃料电池）。
本书可作为从事能源、电源电力、材料、化学化工，特别是燃料电池研发、设计和工程技术人员、管理人员的参考资料，也可供高等院校能源、电源电力、材料、化学化工等相关专业研究生、高年级本科生参考学习。

笔者爱做梦，一个催化工作者的梦。追梦是一大乐趣。梦想的实现需要持之以恒的付出。笔者自从上海师范大学特聘教授退下来的2010年开始，坚持以每天2000字的节拍，竟然完成了催化基础和应用的460万字的7本书的写作出版。
笔者与燃料电池也是有缘分的。在20世纪80年代末和90年代初，于中国科学院煤炭化学研究所筹建“煤转化国家实验室”的远期计划中就写上了要开展燃料电池研究；作为第一届实验室主任身体力行，让研究生开展超细粒子技术制备固体电解质氧化钙稳定氧化锆的研究，结果令人鼓舞。后来在浙江大学工作期间，有机会继续与研究生和国内访问学者一道从事中温固体氧化物电解质的制备和研究。21世纪初，应台湾大学的邀请，笔者带一位博士后到台湾继续做中温固体氧化物燃料电池电解质材料的制备研究。因此，对燃料电池技术有着某种偏爱和热衷，一直关心其发展。直到几年前，在收集和阅读燃料电池最新文献中，由于国外一作者对我国燃料电池企业存在的疏忽和漠视才激起了笔者编写有关燃料电池技术书籍的冲动和欲望，这得到了化学工业出版社的大力支持并予以正式立项。鉴于过去20多年的累积和少量制备研究经验，再加上近2～3年中大量阅读有关燃料电池资料和文献，特别是近期的文献，形成了本书的写作基础。
燃料电池是建立未来可再生能源体系的关键技术之一，是可持续的洁净电源技术。可广泛用于固定应用、运输应用和便携式应用的广泛领域。燃料电池发展历史已经超过200年，经历了多次高潮和低潮。由于科学家和工程技术人员的努力研究，在燃料电池不同领域取得一个又一个的突破，到21世纪已经进入场地试验和商业化。但燃料电池仍然有一些技术障碍需要解决，特别是成本和耐用性问题。
目前国内已经有一些介绍低温质子交换膜燃料电池和高温的固体氧化物燃料电池的书籍，通常都是介绍燃料电池一般技术概念、组件材料和应用，侧重于燃料电池的某一个领域。对燃料电池进入商业化阶段的技术状态似乎没有足够的重视，于是更坚定笔者把着眼点放在商业化发展阶段的燃料电池技术，试图从进入商业化的视角较全面地介绍燃料电池技术。由于燃料电池有多种类型，是综合技术，涉及多个领域和多方面的内容，如燃料电池的应用市场和商业化产品、燃料电池主要部件和材料，以及制造技术和应用潜力、面对的挑战等。撰写进入商业化燃料电池技术原打算包括最重要两类燃料电池，即低温【聚合物电解质燃料电池（PEFC）】和高温燃料电池【固体氧化物燃料电池（SOFC）】。没有料想到，内容意想不到的丰富，因此，作者改变初衷，打算撰写燃料电池三部曲：《低温燃料电池：快速商业化技术》（重点是PEFC）、《固体氧化物燃料电池技术》和《氢：化学品、能源和能量载体》，本书是其中的第一部，介绍了进入商业化的低温聚合物电解质燃料电池技术。
全书分为九章。在绪论中，不仅简要介绍燃料电池发展的200多年历史和燃料电池发展的主要推动力，还介绍了我国的燃料电池技术发展情况。
第2章，对燃料电池操作的基础知识做了介绍，包括主要类型、操作原理、特征特色以及燃料电池热力学原理和不同类型燃料电池间的比较。重点对质子交换膜燃料电池（PEMFC）的电化学原理、单元池与电池堆和电池系统以及参数影响等做了介绍和讨论。
接下来的两章详细介绍燃料电池的实际应用。
第3章，在详细介绍燃料电池应用的快速增长和重要应用领域，以及能够与热引擎和电池竞争的各类型燃料电池的商业化发展后，较为详细介绍了燃料电池在便携式电子设备（手机、平板电脑、收音机、摄像机、电动玩具、工具、遥控器和应急灯等）中的应用，以及生产便携式燃料电池产品的主要国际公司。再详细介绍作为电源的各种固定应用，如应急电源（EPS）或不间断电源（UPS）、偏远地区的电力系统（RAPS）以及生产这些燃料电池产品的工业企业。特别详细介绍了在与各种热电产品竞争中快速发展的燃料电池热电联产（FC CHP）和冷热电三联产（FC CCHP）商业化产品以及生产这些产品的主要公司，尤其是微热电联产产品及生产厂家。最后介绍燃料电池与其他发电技术的集成以提高燃料的利用效率，降低温室气体排放。
第4章，详细介绍燃料电池在运输部门的应用，重点是在车辆中的应用，包括轻载燃料电池车辆、重载燃料电池车辆、氢燃料电池大客车及其在各个国家的发展。也介绍了重要燃料电池公司如Ballard和汽车制造商如德国的Daimler、美国的Ford和GM、日本的Toyota和Honda、韩国的Hyundai及中国公司在发展燃料电池汽车中做出的贡献以及它们生产销售的燃料电池汽车。燃料电池在船舶推进、航空器中的应用，以及燃料电池作为辅助功率单元（APU）也做了较详细介绍。
在接下来的三章详细介绍低温聚合物电解质燃料电池的组件，特别是膜电极装配体（MEA）及其构建材料。
第5章，详细介绍应用于MEA的聚合物电解质膜（PEM）材料，以及它们应满足的一些性质，如尺寸稳定性、优良的物理化学耐用性、电子传导绝缘性和高质子电导率等，以及它们的特点、弱点和制备改性技术。介绍的聚合物膜有：有机聚合物膜、陶瓷聚合物膜、有机-无机复合聚合物膜。在最重要的有机聚合物膜材料中，对全氟化离子交联聚合物如普遍使用的Nafion、部分氟化聚合物、非氟化聚合物（包括烃类）、非氟化（包括烃类）复合物、有芳烃骨架的非氟化膜和酸碱复合物，都进行了讨论和叙述。除阳离子交换膜外也介绍了阴离子交换膜。
第6章，深入地介绍了MEA中的阳极催化剂、阴极催化剂、载体材料，及其制备改性方法。为提高铂基催化剂性能，深入探讨了合金化、结构形貌控制以及特殊形状如中空、纳米结构薄膜催化剂的制备和试验。对非铂催化剂和一维催化剂的发展也做了叙述。对燃料电池的催化剂载体，主要对碳载体做了详细介绍，包括炭黑、各种形态碳材料如碳纳米管、石墨烯、碳纳米纤维、介孔碳等。对非碳载体也做了介绍。
第7章，讨论了双极板（BP）和气体扩散层材料及燃料电池设计制造技术。介绍了制造BP板用热固性和热塑性聚合物及其填充剂和加工方法。接着介绍金属双极板，主要是不锈钢及其防腐涂层材料和制造的冲压和液压方法。然后讨论双极板的设计和制造，包括材料选择和制造技术。对燃料电池核心部件膜电极装配体（MEA）的设计装配和制造做了较详细叙述，涉及膜、催化剂层、气体扩散层的设计和制作以及MEA的制造技术。最后介绍聚合物电解质燃料电池的装配和制造，内容包括MEA、流动场板、气体扩散层、装配压缩工艺（包括模块化压缩）及其影响参数等。对燃料电池性能标准的一些常用方法也做了简要介绍。
第8章专门叙述聚合物电解质燃料电池面对的主要挑战，包括高成本、低耐用性、不完善的氢公用设施和商业化壁垒。对聚合物电解质膜燃料电池进行了成本分析，指出降低MEA和工厂平衡（BOP）设备成本的重要性。并对为降低燃料电池成本和增加其耐用性在燃料电池材料和组件发展中取得的进展进行了介绍，包括缓解低温燃料电池与水管理相关降解和高温质子交换膜燃料电池降解的方法。
在最后的新概念燃料电池一章中，主要介绍了四种新概念燃料电池：①可逆再生燃料电池，重点是整体集成再生质子交换膜燃料电池（UR-PEMFC）和整体再生固体氧化物燃料电池（UR-SOFC）；②微生物燃料电池及其在利用污水有机物（废物）产生电力和氢中的应用；③直接液体燃料电池，包括直接乙醇、乙二醇、甲酸盐和硼氢化物燃料电池；④直接固体燃料燃料电池，也即直接碳燃料电池，内容包括类型、工作原理、单一电池性能和新体系设计。
衷心感谢中科合成油技术股份有限公司、浙江大学催化研究所和浙江新和成股份有限公司的朋友在写作过程中给予的关心、帮助和支持；同时感谢浙江大学化学系资料室在文献资料收集中给予的方便和帮助；也感谢在资料收集和写作过程中家人给予的帮助、支持和理解。
由于笔者本人的水平和经验所限以及时间相对仓促，不足之处在所难免，敬请同行专家学者以及广大读者批评指正，不胜感谢。

陈诵英     
于浙江大学西溪校区  

第1章 绪论	001
1.1 能源资源利用及发展趋势	002
1.1.1 能源资源	002
1.1.2 全球能源需求和消费	003
1.1.3 能源资源利用历史趋势	005
1.1.4 零碳能源	006
1.2 全球能源革命	006
1.3 可持续的能源技术	008
1.4 氢能源和氢经济概念	011
1.4.1 氢燃料和氢经济概念	011
1.4.2 氢经济的推动力	013
1.4.3 氢经济研究发展的国际合作	013
1.5 中国氢经济	014
1.5.1 中国氢经济发展主要推动力	016
1.5.2 中国氢能源发展总体目标、技术路线和优势	018
1.5.3 中国氢经济发展预测	019
1.5.4 中国能源低碳化发展任重道远	020
1.6 能量转换技术与氢燃料电池	020
1.6.1 氢燃料和燃料电池	021
1.6.2 能量转换技术及其比较	022
1.7 燃料电池发展200年	026
1.8 燃料电池技术在中国	030
1.8.1 资金支持	030
1.8.2 中国燃料电池研发简史	031
1.8.3 燃料电池发展示范	032
1.8.4 中国燃料电池应用领域	033
1.9 中国燃料电池发展展望	037

第2章 燃料电池技术基础	042
2.1 概述	042
2.2 燃料电池的主要类型	044
2.2.1 碱燃料电池（AFC）	044
2.2.2 磷酸燃料电池（PAFC）	045
2.2.3 固体氧化物燃料电池（SOFC）	047
2.2.4 熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）	048
2.2.5 质子交换膜燃料电池（PEMFC）	049
2.2.6 直接甲醇燃料电池（DMFC）	051
2.2.7 小结	053
2.3 燃料电池特征和特色	057
2.3.1 降低有害污染物排放	058
2.3.2 高效率	058
2.3.3 模块化	059
2.3.4 快速负荷跟随	059
2.3.5 安静性质	060
2.3.6 应用范围广和燃料灵活性	060
2.3.7 高成本	060
2.3.8 低耐用性	061
2.3.9 氢公用基础设施	061
2.3.10 水平衡	061
2.3.11 伴生负荷	062
2.4 不同燃料电池技术的比较	062
2.4.1 燃料电池技术特征比较	062
2.4.2 燃料电池应用	064
2.5 氢燃料电池热力学分析	065
2.5.1 燃料电池反应热力学	065
2.5.2 燃料电池中的不可逆性	068
2.6 PEMFC氢燃料电池的电化学原理	069
2.6.1 引言	069
2.6.2 氢燃料电池可逆效率	070
2.6.3 可逆电压	071
2.6.4 反应物流速的影响	073
2.6.5 燃料电池的极化	074
2.6.6 燃料电池系统效率	081
2.6.7 燃料电池系统评价因子	082
2.7 单元池、电池堆和电池系统	082
2.7.1 单元池	082
2.7.2 电池堆	086
2.7.3 燃料电池系统	088
2.8 燃料电池操作条件影响	097
2.8.1 引言	097
2.8.2 控制水量和增湿的方法	098
2.8.3 冷却方式	100
2.8.4 反应物气体湿度对池性能的影响	101
2.8.5 入口气体温度的影响	104
2.8.6 操作温度效应	106
2.8.7 氧分压（氧化剂类型）效应	108

第3章 燃料电池的应用和市场Ⅰ：便携式应用和固定应用	109
3.1 概述	109
3.1.1 能量转换装置	112
3.1.2 燃料电池与热引擎和电池间的竞争	112
3.1.3 燃料电池分类和世界主要发展商	112
3.2 燃料电池的应用领域	113
3.2.1 引言	113
3.2.2 2008～2012年间燃料电池市场的增长	115
3.3 燃料电池便携式应用	118
3.4 燃料电池固定应用—分布发电单元（DG）	122
3.4.1 引言	122
3.4.2 燃料电池固定应用的商业化发展	123
3.4.3 各类燃料电池DG应用的商业化发展	124
3.5 燃料电池固定应用：应急电源和偏远地区电力系统	131
3.5.1 应急电源（EPS）或不间断电源（UPS）	131
3.5.2 偏远地区电力系统（RAPS）	133
3.6 燃料电池微CHP及其应用	134
3.6.1 热电联产（CHP）技术	134
3.6.2 商业可利用的燃料电池微CHP产品	140
3.7 燃料电池CHP系统	143
3.7.1 引言	143
3.7.2 燃料电池CHP分类和组件	144
3.7.3 燃料电池与CHP	146
3.7.4 CHP（FC-CHP）在不同部门中的应用	147
3.7.5 燃料电池CHP的优缺点	150
3.7.6 FC-CHP系统的缺点	154
3.8 FC-CHP系统现状	155
3.8.1 引言	155
3.8.2 FC-CHP在亚洲的发展	156
3.8.3 FC-CHP在欧洲的发展	158
3.8.4 FC-CHP系统在美洲的发展	159
3.8.5 FC-CHP在南非的发展	159
3.8.6 FC-CHP系统在澳大利亚的发展	159
3.9 FC-CHP系统的操作和成本	160
3.9.1 引言	160
3.9.2 耐用性和系统寿命	161
3.9.3 启动时间	163
3.9.4 性能降解	163
3.9.5 瞬时应答特性和优化操作时间	163
3.9.6 FC-CHP系统的成本	163
3.9.7 运行成本	165
3.10 燃料电池三联产系统（FC-CCHP）	165
3.10.1 引言	165
3.10.2 FC-CCHP系统的应用	168
3.11 燃料电池与其他发电装置的集成	170
3.11.1 引言	170
3.11.2 SOFC与气体透平组合	172
3.11.3 SOFC与兰开夏循环集成	174
3.11.4 燃气透平（CT）与SOFC的组合	175
3.11.5 SOFC组合技术在船舶上的应用	176

第4章 燃料电池的应用和市场Ⅱ：运输应用	178
4.1 概述	178
4.1.1 引言	178
4.1.2 燃料电池在运输部门的应用	179
4.1.3 燃料电池运输应用的商业化发展	181
4.2 电动车辆	185
4.2.1 引言	185
4.2.2 车辆分类	186
4.3 轻型燃料电池牵引车辆（LTV）	192
4.4 轻载燃料电池电动车辆（L-FCEV）	195
4.4.1 一般描述	195
4.4.2 排放降低	198
4.4.3 氢燃料	198
4.5 重载燃料电池电动车辆（H-FCEV）	201
4.5.1 引言	201
4.5.2 H-FCEV的发展实例	204
4.5.3 FCEV成本	205
4.6 氢燃料电池大客车的发展和示范试验	205
4.6.1 引言	205
4.6.2 电动大巴技术概述	206
4.6.3 电动大巴市场趋势	207
4.6.4 燃料电池电动大巴在各国的发展简况	208
4.6.5 美国燃料电池大巴	210
4.6.6 欧洲燃料电池大巴	213
4.6.7 加拿大燃料电池大巴	215
4.6.8 电动大巴的性能特色	219
4.6.9 燃料电池大巴（FCEB）的成就和挑战	224
4.7 燃料电池车辆中的燃料电池和氢燃料问题以及计划目标	225
4.7.1 燃料电池技术	225
4.7.2 氢公用基础设施	229
4.7.3 计划和目标	231
4.8 燃料电池在航空器中的应用	233
4.9 燃料电池应用于船舶推进	235
4.9.1 引言	235
4.9.2 船上应用燃料电池的项目和研究	235
4.9.3 潜艇	241
4.9.4 船舶用燃料电池	243
4.10 燃料电池辅助功率单元	244
4.10.1 对辅助功率单元的需求	244
4.10.2 燃料电池辅助功率单元市场应用分析	246
4.10.3 SOFC辅助功率单元样机	252
4.10.4 高温PEMFC燃料电池辅助功率单元（HT-PEMFC APU）	254

第5章 PEFC材料和制造Ⅰ：聚合物电解质	257
5.1 概述	257
5.1.1 聚合物电解质燃料电池	257
5.1.2 聚合物电解质膜	258
5.1.3 中低温燃料电池聚合物电解质膜分类	260
5.2 聚合物电解质膜材料	261
5.2.1 全氟磺酸离子交联聚合物	261
5.2.2 部分氟化聚合物	265
5.2.3 非氟化聚合物	266
5.2.4 聚合物掺合物	267
5.2.5 无水聚合物—酸碱复合物	268
5.2.6 聚合物电解质膜的质子电导率	269
5.2.7 可替代Nafion的聚合物电解质膜小结	270
5.2.8 聚合物电解质膜的基础研究	271
5.3 中温和低湿度磺化烃类膜	272
5.3.1 引言	272
5.3.2 高性能磺化烃类PEM	274
5.3.3 磺化烃类PEM的物理化学调变	280
5.3.4 表面改性—氟化PEM	283
5.3.5 热退火	285
5.4 高温酸掺杂PBI电解质膜	287
5.4.1 引言	287
5.4.2 PBI基高温PEMFC	288
5.4.3 高温操作HT-PEMFC的主要优缺点	288
5.4.4 PBI聚合物膜	289
5.4.5 酸掺杂聚苯并咪唑膜	290
5.4.6 PBI的合成和改性	291
5.4.7 PBI膜的制作和改性	292
5.4.8 PBI膜燃料电池初步性能	293
5.4.9 酸碱络合物膜	293
5.5 陶瓷PEM膜材料	295
5.6 PEM中的质子传导机理	296
5.7 复合物质子交换膜	297
5.7.1 引言	297
5.7.2 聚合物复合物膜的概念和设计	302
5.7.3 聚合物复合物膜的材料	305
5.7.4 有机-无机纳米复合物PEM的制备	311
5.7.5 不同类型聚合物复合物膜	315
5.7.6 聚合物复合膜小结	324
5.8 阴离子交换膜材料	325
5.8.1 引言	325
5.8.2 SAFC对阴离子交换膜的要求	327
5.8.3 阴离子交换膜	327
5.8.4 AAEMFC应用要解决的问题	329

第6章 PEFC材料和制造Ⅱ：催化剂和载体	332
6.1 概述	332
6.2 铂基催化剂	333
6.2.1 引言	333
6.2.2 单Pt电催化剂	334
6.2.3 Pt催化剂上HOR和ORR的机理	335
6.2.4 影响Pt催化剂性能的因素	336
6.3 Pt合金催化剂	338
6.4 Pt基催化剂的结构形貌控制	340
6.4.1 粒子大小效应	340
6.4.2 粒子形貌效应	341
6.5 核壳结构催化剂	346
6.5.1 核壳结构和应变效应	346
6.5.2 单一金属纳米粒子作为核材料	346
6.5.3 金属合金纳米核材料	347
6.6 中空结构纳米粒子催化剂	349
6.6.1 引言	349
6.6.2 Pt中空纳米粒子	349
6.6.3 合金中空纳米粒子	350
6.7 纳米结构薄膜催化剂	352
6.7.1 引言	352
6.7.2 纳米结构薄膜催化剂和MEA的制备	355
6.7.3 NSTF和Pt/C型MEA的比较	355
6.7.4 3M纳米结构薄膜催化剂层的特色和挑战	358
6.7.5 催化剂层组分和结构的优化	359
6.8 非铂催化剂	362
6.8.1 引言	362
6.8.2 过渡金属络合物催化剂	363
6.8.3 酞菁配体过渡金属大环催化剂	364
6.8.4 卟啉配体过渡金属大环催化剂	368
6.8.5 其他大环配体过渡金属大环催化剂	370
6.8.6 碳混杂物作为碱燃料电池中ORR电催化剂	371
6.8.7 小结	372
6.9 一维纳米结构电催化剂	374
6.9.1 引言	374
6.9.2 PEMFC应用1D纳米结构的优点	374
6.9.3 PEMFC应用的1D纳米结构催化剂制备	375
6.9.4 1D纳米结构催化剂的发展	376
6.9.5 烃类氧化反应的1D 纳米结构催化剂	381
6.9.6 1D Pt基纳米结构PEMFC电极	386
6.9.7 1D纳米结构催化剂小结	388
6.10 电催化剂碳载体材料	389
6.10.1 引言	389
6.10.2 炭黑	391
6.10.3 纳米结构碳材料	393
6.10.4 碳载体与催化剂间的相互作用	401
6.10.5 载体材料的选择标准	403
6.11 非碳和金属氧化物载体	404
6.11.1 引言	404
6.11.2 金属氧化物载体	404
6.11.3 Ti化合物载体	405
6.11.4 含锡化合物	407
6.11.5 二氧化硅	408
6.11.6 钨化合物	409
6.11.7 硫酸氧锆	410
6.11.8 导电聚合物	410
6.11.9 混合载体	411
6.11.10 小结	412

第7章 PEFC材料和制造Ⅲ：BP和燃料电池设计制造技术	413
7.1 碳基材料双极板	413
7.1.1 引言	413
7.1.2 双极板用聚合物	414
7.1.3 成型方法	415
7.1.4 填充剂	416
7.1.5 聚合物复合物BP的性质	419
7.2 金属双极板	421
7.2.1 引言	421
7.2.2 不锈钢BP材料	424
7.2.3 不锈钢的涂层	424
7.2.4 非铁合金和涂层	427
7.2.5 金属BP的成型—冲压和液压	428
7.2.6 金属BP的离子污染	430
7.2.7 小结	431
7.3 双极板设计和制造	432
7.3.1 双极板设计	432
7.3.2 双极板材料选择	435
7.3.3 双极板制造	438
7.3.4 碳基复合物BP的制作	441
7.4 多孔气体扩散层（GDL）	442
7.4.1 大孔基质（MPS）	442
7.4.2 微孔层（MPL）	443
7.4.3 MPL组件和制备模式	443
7.4.4 气体和液体水在GDL（MPL和MPS）中的传输	444
7.5 MEA设计装配和制造	444
7.5.1 引言	444
7.5.2 MEA设计	446
7.5.3 MEA制造	452
7.6 PEFC装配和制造	458
7.6.1 引言	458
7.6.2 膜电极装配体	459
7.6.3 流动场板	459
7.6.4 气体扩散层	461
7.6.5 装配压缩效应	463
7.6.6 影响装配压缩的因素	468
7.6.7 装配压缩对性能参数的影响	469
7.6.8 池堆压缩的方法	473
7.6.9 压缩装配小结	476
7.7 燃料电池性能测试表征	476
7.7.1 极化曲线	477
7.7.2 阻抗谱	477
7.7.3 电流截断方法	479
7.7.4 伏安法	480
7.7.5 其他原位测量技术	481
7.7.6 离位表征	481
7.7.7 加速老化试验	484

第8章 聚合物电解质燃料电池技术面对的挑战	488
8.1 概述	488
8.1.1 引言	488
8.1.2 燃料电池工业的现时状态	490
8.1.3 未来目标	491
8.1.4 条码、标准、安全和公众醒悟	494
8.2 燃料电池面对的主要挑战	494
8.2.1 高成本	494
8.2.2 低耐用性	495
8.2.3 氢公用设施	495
8.2.4 商业化壁垒	495
8.3 PEMFC成本的综合分析	497
8.3.1 引言	497
8.3.2 成本分析类型	498
8.3.3 膜和催化剂成本降低对PEMFC成本的重要性	501
8.3.4 小结	503
8.4 燃料电池材料和组件进展	504
8.4.1 引言	504
8.4.2 聚合物电解质膜	505
8.4.3 催化剂层	508
8.4.4 PEMFC的先进性能	516
8.4.5 PEMFC的耐用性	517
8.4.6 池堆	517
8.4.7 组件降解和缓解方法小结	518
8.5 关系到水管理的降解和缓解方法	519
8.5.1 引言	519
8.5.2 PEMFC中的水平衡	520
8.5.3 水分布和传输	520
8.5.4 水保留和累积	525
8.5.5 缓解策略（对水保留和累积引起的降解）	531
8.5.6 在PEMFC中的水传输	535
8.5.7 水管理小结	537
8.6 直接甲醇燃料电池的耐用性和恢复技术	538
8.6.1 引言	538
8.6.2 DMFC操作耐用性的现时状态	538
8.6.3 在DMFC长期操作期间的性能降解	540
8.6.4 性能恢复技术	548
8.6.5 DMFC性能降解和恢复技术小结	550
8.7 高温PEMFC的降解和缓解技术	551
8.7.1 引言	551
8.7.2 HT-PEMFC的降解和缓解	553
8.7.3 操作条件引起的降解和缓解	557
8.7.4 原位诊断作为缓解技术	560
8.7.5 HT-PEMFC降解和缓解技术小结	561

第9章 新概念燃料电池	562
9.1 可逆再生燃料电池	563
9.1.1 引言	563
9.1.2 整体再生质子交换膜燃料电池（UR-PEMFC）	569
9.1.3 固体氧化物电解池SOEC和可再生固体氧化物燃料电池（RSOFC）	579
9.2 微生物燃料电池	581
9.2.1 引言	581
9.2.2 微生物燃料电池的设计	583
9.2.3 MFC中的生物阴极	586
9.2.4 微生物燃料电池性能	588
9.2.5 MFC的应用	589
9.2.6 MFC的未来	591
9.3 微生物燃料电池处理污水	591
9.3.1 引言	591
9.3.2 污水处理过程的能量消耗和回收	592
9.3.3 MFC优势和原理	595
9.3.4 MFC移去有机物质	598
9.3.5 MFC移去营养物质	600
9.3.6 MFC移去金属	601
9.3.7 源分离	602
9.3.8 现时的挑战和潜在的机遇	603
9.4 微生物电解池	606
9.4.1 可持续处理废水的微生物电解池	606
9.4.2 电极、膜和反应器构型	607
9.4.3 实验室或半中试规模MEC用于污水处理	610
9.4.4 中试规模MEC处理WW	613
9.4.5 经济和环境考虑	614
9.4.6 MEC使用展望：挑战和未来前景	616
9.5 直接液体燃料电池	618
9.5.1 引言	618
9.5.2 直接乙醇燃料电池	621
9.5.3 直接乙二醇燃料电池	627
9.5.4 直接甲酸盐燃料电池	631
9.5.5 直接硼氢化物燃料电池	638
9.6 直接固体燃料电池	641
9.6.1 引言	641
9.6.2 直接碳燃料电池	642
9.6.3 DCFC基础描述	643
9.6.4 熔融氢氧化物DCFC	643
9.6.5 熔融碳酸盐DCFC	645
9.6.6 氧离子传导DCFC	646

参考文献	652

附录	662