氢与氢能作者:李星国 等编著出版时间:2012年版内容简介 氢能源被视为重要的清洁可再生能源,受到世界各国的高度重视,相关研究成为了能源科学领域的一个热点。《氢与氢能》分19章,围绕着氢能的基础知识、科学与技术、最新研究成果和动态、基本信息等内容进行了介绍。第1-2章介绍为什么现在氢和氢能源受到了关注,氢气是什么,具有哪些基本性质;第3-11章介绍氢气在使用中涉及的一些关键环节,如氢气的制备、分离、输运、储氢(分子储氢和原子或离子态储氢);第12-16章介绍氢气的使用领域以及如何使用氢,包括目前最关心的镍氢电池、氢内燃机及汽车、燃料电池以及氢动力汽车、加氢站;第17-18章介绍氢气与材料的关系以及氢气的安全问题;第19章收集了一些相关数据。《氢与氢能》作为一本有价值的氢与氢能参考书籍,可使读者能够较全面和深入地认识氢气和氢能。《氢与氢能》读者对象为化工、电子、冶金、能源、宇航、交通等领域与氢能源使用和研究相关的学生、研究者、工程技术人员、科研管理人员。目录前言第1章 氢能源与氢经济1.1 世界经济和能源1.2 各国能源消耗和我国能源消耗的特点1.3 世界能源资源和开发状况1.4 CO2排放和环境问题1.5 氢能的特点和利用形式1.6 氢气的供给1.7 氢能的利用形式1.8 可再生能源与氢能源1.9 氢能源研究的发展与各国氢能源研究动态参考文献第2章 氢的基本性质2.1 氢的基本性质概述2.1.1 氢原子的性质2.1.2 氢气的分子结构和物理性质2.2 氢的反应2.2.1 氢的核聚变反应2.2.2 氢气的制备2.2.3 氢的化学性质2.3 氢化物2.3.1 概述2.3.2 含氢化合物的命名2.3.3 碱金属和碱土金属氢化物2.3.4 其他主族元素氢化物2.3.5 铝氢化物和硼氢化物2.3.6 二元合金氢化物2.3.7 氢化物研究的常用方法2.4 氢和物质的相互作用2.4.1 氢对材料力学性能的破坏2.4.2 氢对材料能带结构的影响参考文献第3章 氢气制备3.1 化石燃料制氢3.1.1 原理3.1.2 现状3.2 电解水制氢3.2.1 原理3.2.2 现状3.3 生物质制氢3.3.1 光合生物制氢3.3.2 生物发酵制氢3.4 光催化制氢3.4.1 原理3.4.2 光催化制氢反应器3.4.3 制氢光催化剂的分类以及性能参考文献第4章 氢分离和提纯4.1 氢分离提纯方法4.2 变压吸附4.3 膜分离4.3.1 高分子膜分离4.3.2 二氧化硅膜4.3.3 沸石膜4.3.4 金属透氢膜4.4 本菲尔法4.5 深冷分离4.5.1 冷凝法4.5.2 膨胀机法4.6 重氢的分离4.6.1 氢同位素的特性4.6.2 重氢的核聚变反应4.6.3 重氢提纯回收4.6.4 氢同位素的分离浓缩参考文献第5章 高压储氢5.1 高压氢气的压缩5.1.1 氢气的压缩因子5.1.2 高压氢气的压缩方式5.2 氢气的加注5.3 高压储氢容器5.3.1 高压储氢容器的发展5.3.2 轻质高压储氢容器的设计5.4 高压储氢的风险评估和检测试验5.4.1 高压储氢的使用风险5.4.2 高压储氢容器的风险评估5.4.3 高压储氢使用的标准5.4.4 高压储氢的安全性能检测试验5.5 高压储氢的风险控制5.5.1 氢气加注过程中的风险控制5.5.2 高压储氢容器的风险控制5.5.3 运输与车用储氢设备的风险控制5.6 高压储氢的应用5.6.1 运输用大型高压氢气容器5.6.2 蓄气站大型高压氢气容器5.6.3 燃料电池车用高压储氢参考文献第6章 液态储氢及应用6.1 液态储氢简介6.1.1 液态储氢适用条件6.1.2 正-仲氢转化6.2 液态氢的生产6.3 液态氢的存储6.3.1 液氢存储的热学分析6.3.2 液氢设备的绝热材料6.3.3 液氢储罐6.4 液氢的运输6.4.1 常温容器加注液氢的冷却特性6.4.2 液氢的输送方式6.4.3 液氢储藏型加氢站6.5 液氢的应用6.5.1 液氢在航空航天领域的应用6.5.2 液氢在汽车领域的应用6.5.3 液氢的其他应用6.6 液氢的安全性6.7 展望参考文献第7章 物理吸附储氢材料7.1 气体吸附原理及物理储氢的特点7.1.1 吸附等温线的类型7.1.2 吸附等温方程7.1.3 额外吸附量与总吸附量7.2 碳材料的发展及储氢性能7.2.1 活性炭7.2.2 碳纤维7.2.3 碳纳米管7.2.4 石墨烯及石墨烯型材料7.2.5 碳材料的开发与研究前景7.3 金属有机骨架材料的储氢性能7.3.1 结构的设计合成及储氢性质研究现状7.3.2 与氢气作用机理7.3.3 储氢性能的影响因素和发展方向7.4 微孔高分子的储氢性能7.4.1 PIM类型的微孔高分子7.4.2 超高交联型微孔高分子7.5 3种物理吸附材料的比较参考文献第8章 储氢合金和金属氢化物8.1 储氢合金的工作原理和设计8.1.1 储氢合金简介8.1.2 储氢合金的历史发展及现状8.1.3 储氢合金的工作原理8.1.4 储氢合金的设计与评价8.2 稀土储氢材料8.2.1 LaNi5基AB5型储氢材料8.2.2 混合稀土储氢材料8.2.3 非AB5型Re-Mg-过渡金属储氢材料8.3 Mg和MgH2基储氢材料8.3.1 镁单质储氢材料8.3.2 Mg-Ni体系储氢材料8.3.3 Mg-Co体系储氢材料8.3.4 Mg-Fe-H体系以及其他镁基储氢材料8.4 Ca和CaH2基储氢材料8.4.1 CaH28.4.2 Ca-Ni-M体系8.4.3 其他Ca基合金储氢材料8.5 Ti基合金储氢材料8.5.1 Ti-Fe基合金体系8.5.2 Ti-Co基合金体系8.5.3 Ti-Mn基合金体系8.5.4 Ti-Cr基合金体系8.5.5 Ti-Ni基合金体系8.6 V基体心立方固溶体合金储氢材料8.6.1 V-Ti-Fe合金体系8.6.2 V-Ti-Ni合金体系8.6.3 V-Ti-Cr合金体系8.7 Zr基合金储氢材料8.7.1 Zr-V基合金体系8.7.2 Zr-Cr基合金体系8.7.3 Zr-Mn基合金体系8.8 Pd基固溶体储氢材料8.9 纳米材料尺寸效应与形貌对储氢材料性能的影响8.9.1 纳米结构储氢材料研究背景8.9.2 纳米结构储氢材料制备方法8.9.3 纳米结构储氢材料的性能8.9.4 特殊纳米形貌对储氢性能的影响8.10 纳米薄膜材料的储氢性能研究8.10.1 纳米薄膜材料的储氢研究8.10.2 薄膜的氢致光变特性参考文献第9章 无机非金属储氢材料9.1 氢与氢化物9.2 无机非金属氢化物9.2.1 基本特征9.2.2 电子结构和成键特性9.2.3 吸放氢反应机理(与金属氢化物相比较)9.3 配位铝氢(Al-H)化物9.3.1 合成方法9.3.2 晶体结构9.3.3 吸放氢性能9.3.4 掺杂的配位铝氢化物9.4 金属氮氢(N-H)化物9.4.1 合成方法9.4.2 晶体结构9.4.3 吸放氢性能9.5 金属硼氢(B-H)化物9.5.1 合成方法9.5.2 晶体结构9.5.3 吸放氢性能9.5.4 吸放氢性能改善9.6 氨硼烷(NH3BH3)及其衍生物9.6.1 氨硼烷化合物储氢材料的特点以及合成方法9.6.2 氨硼烷化合物储氢体系和放氢性能改善9.6.3 氨硼烷化合物及其衍生物储氢材料的研究与发展参考文献第10章 其他储氢材料10.1 水合物储氢技术10.1.1 气体水合物的晶体结构10.1.2 气体水合物储氢10.1.3 水合物储气量的一般计算方法10.2 有机液体氢化物储氢技术10.2.1 有机液体氢化物储氢技术原理和特点10.2.2 有机液体氢化物储氢技术的关键问题10.3 空心玻璃微球高压储氢技术10.3.1 玻璃微球储氢原理10.3.2 玻璃微球的储氢效率和存在的主要问题10.4 铝水反应制氢储氢技术10.4.1 铝水反应制氢储氢机理10.4.2 铝水反应实用化反应器及其应用展望参考文献第11章 储氢材料的计算模拟11.1 储氢材料计算模拟背景11.2 储氢材料计算模拟的理论基础11.2.1 基于密度泛函理论的第一性原理11.2.2 固体结构计算方法和模型11.2.3 分子动力学方法11.2.4 Monte Carlo方法11.3 储氢材料计算软件简介11.3.1 VASP11.3.2 Materials Studio11.3.3 Gaussian11.3.4 其他常见软件简介11.4 储氢材料计算研究进展11.4.1 金属型氢化物和多元络合氢化物11.4.2 化学氢化物储氢材料11.4.3 吸附储氢材料11.4.4 其他固体储氢材料11.5 本章小结参考文献第12章 镍氢电池12.1 概述12.1.1 电化学理论基础12.1.2 化学电源的发展历史12.1.3 镍氢电池的工作原理和特点12.2 镍氢电池的组成12.2.1 正极材料12.2.2 负极材料12.2.3 辅助材料12.3 镍氢电池的开发与应用12.3.1 镍氢电池的开发现状12.3.2 镍氢电池的应用参考文献第13章 燃料电池13.1 燃料电池概述13.2 碱性燃料电池13.2.1 概述13.2.2 电池构造13.2.3 操作条件对电池性能的影响13.2.4 研究现状、问题及前景13.3 高聚物电解质膜燃料电池13.3.1 概述13.3.2 电池结构13.3.3 水管理13.3.4 PEMFC的应用13.4 直接甲醇燃料电池13.4.1 概述13.4.2 甲醇的催化电氧化13.4.3 甲醇渗漏13.4.4 DMFC应用13.5 磷酸燃料电池13.5.1 概述13.5.2 电池结构13.5.3 运行条件对性能的影响13.5.4 PAFC的冷却系统13.5.5 磷酸燃料电池的应用13.6 熔融碳酸盐燃料电池13.6.1 概述13.6.2 电池结构13.6.3 MCFC的应用13.7 固体氧化物燃料电池13.7.1 概述13.7.2 电解质13.7.3 电极13.7.4 密封材料13.7.5 SOFC的结构13.7.6 SOFC的应用13.8 其他燃料电池13.8.1 直接醇类燃料电池13.8.2 硼氢化钠燃料电池13.8.3 微生物燃料电池13.9 燃料电池系统13.10 燃料电池的成本和开发13.10.1 成本分析13.10.2 燃料电池的开发13.11 燃料电池的应用参考文献第14章 金属氢化物储氢装置与技术14.1 金属氢化物储氢容器14.1.1 金属氢化物储氢容器储氢原理14.1.2 储氢容器的分类及优缺点14.1.3 金属氢化物储氢容器的应用范围14.1.4 储氢材料的填充14.1.5 储氢容器的密封14.2 高压及金属氢化物复合储氢容器参考文献第15章 氢能源汽车15.1 氢内燃机汽车15.1.1 氢内燃机概述15.1.2 氢内燃机工作原理15.1.3 氢气燃烧的特性15.1.4 氢内燃机汽车的结构系统15.1.5 氢内燃机的热效率和输出功率15.1.6 氢内燃机的技术难点和解决办法15.1.7 氢混合燃料内燃机15.1.8 氢内燃机汽车的发展状况15.2 燃料电池汽车15.2.1 燃料电池汽车概述15.2.2 燃料电池汽车特点15.2.3 燃料电池汽车工作原理15.2.4 燃料电池汽车结构系统15.2.5 燃料电池汽车的发展状况参考文献第16章 加氢站16.1 加氢站的基本组成系统16.1.1 压缩系统16.1.2 储藏系统16.1.3 加注系统16.2 各种类型加氢站简介16.2.1 燃料重整型加氢站16.2.2 水电解型加氢站16.2.3 液氢储藏型加氢站16.2.4 压缩氢储藏型加氢站16.2.5 移动加氢站16.3 加氢站与加氢站网络建设参考文献第17章 氢气与材料制备和改性17.1 氢脆17.1.1 氢在钢铁中的固溶和性能17.1.2 氢脆模型17.1.3 不同材料的氢脆17.1.4 氢脆机理以及氢致滞后断裂17.1.5 氢脆的防止17.2 金属间化合物氢致非晶化17.2.1 金属间化合物的氢气吸收和非晶态化17.2.2 氢气吸收非晶态化的金属间化合物成分和晶体结构特点17.2.3 氢气吸收非晶态化的机理17.2.4 氢致非晶态化化合物的热稳定性17.3 HD和HDDR现象以及微观组织调控17.3.1 稀土永磁材料的HD现象17.3.2 稀土永磁材料的HDDR现象17.3.3 氢气处理引起的钛基材料的晶粒微细化以及性质的提高17.3.4 Nb3M(M=Al、Si、Ge、In)粉体的制备17.3.5 镍氢电池合金粉体的制备17.3.6 氢气吸收与多孔金属的形成17.4 氢等离子体法制备纳米材料17.4.1 简介17.4.2 设备及其工艺17.4.3 纳米颗粒形成机理和长大过程17.4.4 影响纳米颗粒制备的因素17.4.5 氢等离子体制备的纳米颗粒大小和形貌17.4.6 金属合金以及无机非金属纳米颗粒的制备17.4.7 氢等离子体制备不同形态的纳米结构物质17.5 磁学性质17.5.1 吸氢所引起的磁矩大小变化17.5.2 交换相互作用17.5.3 磁各向异性17.5.4 储氢合金氢化物的磁学性质17.6 超导MgB2的制备17.6.1 MgB2超导化合物17.6.2 传统的MgB2超导薄膜制备17.6.3 Mg(BH4)2分解制备MgB2超导薄膜参考文献第18章 氢气的安全性18.1 氢气安全的基础知识18.2 氢气的燃烧和爆炸性能18.3 高压氢气和液态氢气的危险性18.3.1 高压氢气的危险性18.3.2 液态氢气的危险性18.4 氢脆引起的设备安全问题18.5 储氢合金的安全问题18.6 氢燃料电池汽车的安全问题18.6.1 高压保护系统18.6.2 氢气泄漏检测18.6.3 氢燃料电池汽车的相对安全性18.7 氢气泄漏检测方法和氢气检测器18.8 一般安全的对策参考文献第19章 基本数据19.1 氢元素、能源与环境19.2 氢气燃料的基本特性19.3 氢气的物理和化学性质19.4 氢气扩散19.5 氢化物分类19.6 储氢材料性质比较19.7 相图和PCT曲线19.8 氢化物晶体结构19.9 储氢材料热力学19.10 蓄热合金19.11 氢能源汽车参考文献 上一篇: 纳米尺度能量输运和转换:对电子、分子、声子和光子的统一处理 下一篇: 生物质还原氧化锰矿工艺与技术