燃料电池概论讲义2015.pdf

《燃料电池概论》 讲义 （第二稿） 马建新 等编 同济大学汽车学院 二〇一三年十二月 前 言 能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础。能源的开发利用极大地 推进了世界经济和人类社会的发展。能源技术是衡量一个国家的经济发展与生 活水准的重要指针。 中国是目前世界上第二大能源生产国和消费国，已经成为世界能源市场不 可或缺的重要组成部分，对维护全球能源安全，正在发挥着越来越重要的积极 作用。 21世纪能源危机警钟响起，各种新兴替代能源纷纷出现，除水力、火力、 风力、核能到太阳能发电外，近年来氢能已开始崭露头角，而氢能的重要载 体――燃料电池已成为国际上争相研发的重要技术；并且，随着燃料电池技术 的迅速发展，特别是 2 0世纪 90年代质子交换膜燃料电池的突破性进展 ,燃 料电池汽车进入了新的快速发展阶段。燃料电池汽车以燃料电池作为发动机核 心，是一种节能、无污染、环保型的汽车，是未来清洁汽车发展的趋势。燃料 电池所具备的优势，是内燃机所无法媲美的。不过燃料电池商业化及燃料电池 汽车的大量普及仍有一段时日，它们仍须面临诸多挑战。但我们必须认识到， 作为一种高效率且洁净的新能源技术，燃料电池必将肩负起21世纪能源创新与 突破的重要责任。现在的青年学生，更应该认明方向，勇敢地接受这些挑战。 本讲义是为汽车学院本科生选修课程所编。作为汽车相关专业的本科生，极 有必要了解燃料电池――特别是质子交换膜燃料电池――的基本原理、关键技术 及其商品化发展与应用进程。燃料电池技术领域跨度大，内容涵盖了物理、化学、 机械、电子、材料、化工、控制和环保等学科。本讲义希望借助浅显易懂的文字 与大量的图表说明燃料电池的原理与应用。本讲义的几位参与者多年来在同济大 学新能源汽车工程中心从事燃料电池及氢能相关领域的研究工作，共同承担了多 项“863”等多项国家重点项目，积累了较丰富的实践经验。 本讲义共5章，分别对燃料电池概述、电化学基础知识、质子交换膜燃料电 池、燃料电池发动机系统、氢能源技术及其基础设施进行了阐述。本讲义是在 2008年8月第一稿《燃料电池概论》的基础上写成的。第一稿是在马建新教授 的精心组织安排下完成的，参与者包括张存满、潘相敏、杨代军、徐麟等人。第 二稿则主要由杨代军和潘相敏参与撰写。本讲义的制订与修改是集体智慧与贡献 的结晶。 由于编者水平有限，而燃料电池技术又日新月异，随时在发展变化，尽管第 二次修改稿已在第一稿的基础上进行了适当的修订与补充，但文中仍然难免会有 不妥、疏漏，甚至错误之处，敬请各位读者提出宝贵意见。 编者 2013年12月 目 录