《氫能與燃料電池》主要內容包括氫能研發(fā)背景、氫的發(fā)展歷史、氫的物理化學性質、五種典型的制氫技術（含碳氫化合物制氫、電解水制氫等）、六類典型的儲氫技術（含高壓氣瓶儲氫、液態(tài)氫儲存、固體材料儲氫等）、氫的典型應用（含氫燃料電池車、固定式和移動式燃料電池發(fā)電等）以及堿性燃料電池、磷酸燃料電池、質子交換膜燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、固體氧化物燃料電池五類典型的燃料電池技術。
本教材與中國大學MOOC網(wǎng)同名課程“氫能科學與工程”配套，相關章節(jié)的視頻、在線題庫、配套彩圖可通過掃描二維碼使用。
《氫能與燃料電池》可供新能源材料與器件、儲能科學與工程、新能源科學與工程、材料科學與工程、化學工程、熱能與動力工程、建筑與環(huán)境工程及其他相關行業(yè)專業(yè)的本科和研究生教學使用，也可以作為氫能行業(yè)人員的入門參考書。
吳朝玲，四川大學材料科學與工程學院，教授 博導
中國可再生能源學會氫能專業(yè)委員會委員
中國儀表功能材料學會儲能與動力電池及其材料專業(yè)委員會委員
中國氫能協(xié)會會員
成都市機械工程學會會員
四川省清潔汽車協(xié)會會員
科研背景
作者自2000年開始從事鎳氫電池負極材料(儲氫合金)開發(fā)，做為主研人員參與無釹稀土低溫貯氫合金電極材料及寬溫區(qū)鎳氫電池的研究工作，全程參與該項目的技術轉讓、企業(yè)建設等工作，并受聘為四川寶生新能源材料有限公司總工。
作者自2004年開始從事釩鈦基儲氫合金及儲氫系統(tǒng)開發(fā)，主持了國家自然科學基金、國家重點研究計劃、留學回國人員科研啟動基金項目、四川省國際合作項目和攀枝花市科技項目等20余項。做為副組長和主研人員參與了國家863、四川省科技支撐、攀枝花市重點科技項目10余項。首次提出了V-Ti-Cr-Fe四元合金體系，成分優(yōu)化后的合金室溫放氫量超過2.5wt%，80℃放氫量超過3.0wt%。項目具有自主知識產(chǎn)權，且受到國內外同行認可，2008年日本NEDO年度報告中做了詳細評述，2014年著者受邀在國際氫化物會議上做了特邀報告。項目正在執(zhí)行成果轉化。
作者自2008年開始啟動直接水解制氫材料及相關技術的研發(fā)，先后開發(fā)了Mg-Al系、NaBH4系和Mg-Ca系、Si-Fe系水解制氫復合材料及其應用技術，并具有自主知識產(chǎn)權。
作者主持和深入?yún)⑴c了863項目固體氧化物燃料電池連接板的研發(fā)，積累了豐富的經(jīng)驗。
發(fā)表學術論文130余篇，H-index16,被引超過820次，申請和授權專利近10項，獲市級科技獎勵2次，獲ScienceFather授予的Best Research Award。
教學背景
作者任教17年，熱愛并全心投入教學工作。負責并完成校級《氫能技術》全英語授課品牌課程建設（2015）并運行至今；負責MOOC《氫能與燃料電池》的建設，于2019年12月上線；主講11門本科和研究生課程；負責新能源與低碳技術創(chuàng)新班運行；負責新能源本科實習基地建設。
把學術前沿、市場和研究成果與課堂有機結合，指導學生參加大創(chuàng)項目、參加全國性的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽，獲互聯(lián)網(wǎng)+國銅、挑戰(zhàn)杯省金獎（優(yōu)秀指導教師）等。
獲“四川大學五糧春青年教師優(yōu)秀教學獎”，獲四川大學“探究式-小班化”教學競賽二等獎和教學示范教師稱號；獲全英語授課教學質量優(yōu)秀獎；獲四川大學優(yōu)秀實習指導教師二等獎，多次獲“大學生課外科技實踐活動優(yōu)秀指導教師”和“博賽獎教金”。
第1章概述
1.1氫的發(fā)展歷史 1
1.1.1氫發(fā)展史大事年表 1
1.1.2興登堡號和挑戰(zhàn)者號空難 5
1.2氫能發(fā)展趨勢 6
習題 8
參考文獻 8
第2章氫的物理化學性質
2.1氫的豐度及同位素 9
2.1.1氫的豐度 9
2.1.2氫的同位素 10
2.2與氫分子相關的幾個基本術語 11
2.2.1單重態(tài)與三重態(tài) 11
2.2.2正氫和仲氫 11
2.3氫氣的物理性質 13
2.3.1氫的平衡相圖 13
2.3.2氫氣的狀態(tài)方程 14
2.3.3焦耳-湯姆孫效應 15
2.3.4反轉曲線 17
2.4氫的擴散及化學性質 17
2.4.1氫的擴散 17
2.4.2氫的化學性質 18
2.5氫氣與固體表面的相互作用 26
2.5.1固體的表面效應 26
2.5.2氫與固體間的表面效應 26
2.5.3氫脆 27
2.6氫的四種化學態(tài) 28
2.6.1簡介 28
2.6.2四種化學態(tài)的氫相互轉化和應用 29
2.6.3分子氫 30
2.6.4質子 31
2.6.5原子氫 31
2.6.6氫負離子 32
2.6.7氫化物應用的新領域 32
2.6.8Mg顆粒外表的氫負離子 33
2.7氫化物的表面工程 34
2.7.1氫化物的各種表面相互作用 34
2.7.2表面特性的重要性 35
2.7.3表面特性的改善措施 36
2.8本章結語 37
習題 37
參考文獻 38
第3章制氫技術
3.1碳氫化合物制氫 39
3.1.1化石燃料制氫的物理化學基礎 39
3.1.2天然氣重整制氫 41
3.1.3煤制氫技術 44
3.1.4生物質重整制氫技術 46
3.2電解水制氫技術 47
3.2.1電解水制氫原理 47
3.2.2堿性電解水制氫技術 48
3.2.3固體聚合物電解水制氫技術 51
3.2.4固體氧化物電解水制氫技術 52
3.2.5利用可再生能源的電解水制氫 52
3.2.6總結與展望 53
3.3水的熱化學制氫 53
3.3.1熱化學制氫的工作原理 54
3.3.2熱化學制氫的優(yōu)缺點 56
3.4水的光催化制氫和光電化學制氫 56
3.4.1光催化制氫 57
3.4.2光電化學制氫 57
3.4.3光催化制氫和光電化學制氫的區(qū)別 58
3.4.4光電化學制氫的優(yōu)缺點 58
3.5生物質能制氫 59
3.5.1生物質生化發(fā)酵制氫 60
3.5.2生物質熱化學轉化制氫 62
3.5.3生物質制乙醇+乙醇制氫 63
3.6本章結語 64
習題 65
參考文獻 65
第4章儲氫技術
4.1分子態(tài)儲氫技術 66
4.1.1高壓氣瓶儲氫 68
4.1.2氫氣壓縮 70
4.1.3液態(tài)氫儲存 72
4.1.4高壓儲氫與液氫儲存對比 75
4.2吸附儲氫技術 76
4.2.1吸附現(xiàn)象 76
4.2.2物理吸附 77
4.2.3化學吸附 78
4.2.4吸附儲氫材料 80
4.2.5小結 83
4.3金屬氫化物儲氫技術 84
4.3.1儲氫合金的組成 84
4.3.2儲氫合金的儲氫原理 85
4.3.3小結 87
4.4過渡金屬配位氫化物 87
4.5非過渡金屬配位氫化物 88
4.5.1金屬硼氫化物的結構 88
4.5.2復雜氫化物的穩(wěn)定性 88
4.5.3金屬硼氫化物的脫氫機理 89
4.5.4金屬鋁氫化物的脫氫過程 90
4.5.5小結 91
4.6制氫-儲氫一體化技術 92
4.6.1硼氫化鈉的研發(fā)歷史 92
4.6.2硼氫化鈉的水解制氫原理 93
4.6.3硼氫化鈉水解制氫-儲氫一體化裝置 93
4.6.4NaBH4的生產(chǎn)和再生 94
4.6.5NaBH4水解制氫應用中的幾個問題 96
4.7其他儲氫技術 96
4.7.1金屬N-H體系儲氫材料 96
4.7.2有機液態(tài)儲氫 96
4.7.3氨和氨基化合物儲氫 97
4.8材料儲氫性能的分析測試技術 98
4.8.1體積法 西韋特法(Sievert’s) 98
4.8.2熱脫附譜法 98
4.8.3熱重法 98
4.8.4電化學法 99
4.9儲氫技術發(fā)展趨勢 99
4.10本章結語 99
習題 100
參考文獻 101
第5章氫的典型應用
5.1氫經(jīng)濟的實現(xiàn)路線 102
5.2氫燃料電池車 103
5.3固定式燃料電池發(fā)電 103
5.4移動式燃料電池發(fā)電 104
5.4.1基于水解制氫的移動式燃料電池電源 105
5.4.2基于可逆氣固儲氫的燃料電池充電寶 105
5.5電解水儲能 106
5.6氫內燃機汽車 107
5.7氫燃料電池船舶 108
5.8鎳氫電池及混合動力車 108
5.9幾種與氫相關的功能器件 109
5.9.1調光鏡 109
5.9.2金屬氫化物熱泵 110
5.9.3金屬氫化物傳感器 110
5.9.4金屬氫化物控制器 110
習題 110
參考文獻 111
第6章燃料電池概述
6.1燃料電池的誕生 112
6.2燃料電池的結構組成 114
6.2.1燃料電池系統(tǒng)的部件及功能 114
6.2.2單電池—電堆—電池系統(tǒng) 115
6.2.3國內外電堆技術發(fā)展現(xiàn)狀 116
6.2.4國內外典型的燃料電池系統(tǒng) 118
6.3燃料電池的關鍵材料和部件 119
6.3.1燃料電池的關鍵材料 120
6.3.2燃料電池的關鍵部件 126
6.3.3燃料電池關鍵材料和部件的降解機制 137
6.3.4我國燃料電池技術發(fā)展目標及重點任務 137
6.4燃料電池的工作原理 138
6.5燃料電池的特點 140
6.6燃料電池的分類和應用 142
6.7燃料電池的發(fā)展歷程 144
6.7.1國內外燃料電池的發(fā)展現(xiàn)狀 145
6.7.2日本的燃料電池發(fā)展現(xiàn)狀及規(guī)劃 147
習題 150
參考文獻 151
第7章堿性燃料電池
7.1堿性燃料電池的結構及工作原理 152
7.2堿性燃料電池的特點 154
7.3堿性燃料電池的發(fā)展現(xiàn)狀 155
習題 156
參考文獻 156
第8章磷酸燃料電池
8.1磷酸燃料電池的結構及工作原理 157
8.2磷酸燃料電池的特點 158
8.3磷酸燃料電池的發(fā)展現(xiàn)狀 160
習題 162
參考文獻 162
第9章質子交換膜燃料電池
9.1質子交換膜燃料電池的結構及工作原理 163
9.2質子交換膜燃料電池的特點 165
9.3質子交換膜燃料電池的發(fā)展現(xiàn)狀 166
習題 169
參考文獻 169
第10章熔融碳酸鹽燃料電池
10.1熔融碳酸鹽燃料電池的結構及工作原理 170
10.2熔融碳酸鹽燃料電池的特點 171
10.3熔融碳酸鹽燃料電池的發(fā)展現(xiàn)狀 172
習題 173
參考文獻 173
第11章固體氧化物燃料電池
11.1固體氧化物燃料電池的結構及工作原理 174
11.2固體氧化物燃料電池的特點 176
11.2.1固體氧化物燃料電池的優(yōu)缺點 176
11.2.2固體氧化物燃料電池的分類 177
11.3固體氧化物燃料電池的發(fā)展現(xiàn)狀 179
習題 183
參考文獻 183
附錄實驗指導
實驗1氫循環(huán)利用演示實驗 184
實驗2電解池陰極制氫反應催化電極催化性能測試 185
實驗3儲氫材料吸氫動力學性能及放氫PCT曲線的測試 187
實驗4質子交換膜燃料電池單電池的組裝及測試 189
書單推薦
