氫與氫能

內(nèi)容概要

　　氫能源被視為重要的清潔可再生能源，受到世界各國(guó)的高度重視，相關(guān)研究成為了能源科學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)。本書分19章，圍繞著氫能的基礎(chǔ)知識(shí)、科學(xué)與技術(shù)、最新研究成果和動(dòng)態(tài)、基本信息等內(nèi)容進(jìn)行了介紹。
　　第1～2章介紹為什么現(xiàn)在氫和氫能源受到了關(guān)注，氫氣是什么，具有哪些基本性質(zhì)；第3～11章介紹氫氣在使用中涉及的一些關(guān)鍵環(huán)節(jié)，如氫氣的制備、分離、輸運(yùn)、儲(chǔ)氫（分子儲(chǔ)氫和原子或離子態(tài)儲(chǔ)氫）；第12～16
章介紹氫氣的使用領(lǐng)域以及如何使用氫，包括目前最關(guān)心的鎳氫電池、氫內(nèi)燃機(jī)及汽車、燃料電池以及氫動(dòng)力汽車、加氫站；第17～18章介紹氫氣與材料的關(guān)系以及氫氣的安全問題；第19章收集了一些相關(guān)數(shù)據(jù)。
　　本書作為一本有價(jià)值的氫與氫能參考書籍，可使讀者能夠較全面和深入地認(rèn)識(shí)氫氣和氫能。本書讀者對(duì)象為化工、電子、冶金、能源、宇航、交通等領(lǐng)域與氫能源使用和研究相關(guān)的學(xué)生、研究者、工程技術(shù)人員、科研管理人員。

書籍目錄

前言
第1章  氫能源與氫經(jīng)濟(jì)
  1．1  世界經(jīng)濟(jì)和能源
  1．2  各國(guó)能源消耗和我國(guó)能源消耗的特點(diǎn)
  1．3  世界能源資源和開發(fā)狀況
  1．4  CO2排放和環(huán)境問題
  1．5  氫能的特點(diǎn)和利用形式
  1．6  氫氣的供給
  1．7  氫能的利用形式
  1．8  可再生能源與氫能源
  1．9  氫能源研究的發(fā)展與各國(guó)氫能源
  研究動(dòng)態(tài)
  參考文獻(xiàn)
第2章  氫的基本性質(zhì)
  2．1  氫的基本性質(zhì)概述
  2．1．1  氫原子的性質(zhì)
  2．1．2  氫氣的分子結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)
  2．2  氫的反應(yīng)
  2．2．1  氫的核聚變反應(yīng)
  2．2．2  氫氣的制備
  2．2．3  氫的化學(xué)性質(zhì)
  2．3  氫化物
  2．3．1  概述
  2．3．2  含氫化合物的命名
  2．3．3  堿金屬和堿土金屬氫化物
  2．3．4  其他主族元素氫化物
  2．3．5  鋁氫化物和硼氫化物
  2．3．6  二元合金氫化物
  2．3．7  氫化物研究的常用方法
  2．4  氫和物質(zhì)的相互作用
  2．4．1  氫對(duì)材料力學(xué)性能的破壞
  2．4．2  氫對(duì)材料能帶結(jié)構(gòu)的影響
  參考文獻(xiàn)
第3章  氫氣制備
  3．1  化石燃料制氫
  3．1．1  原理
  3．1．2  現(xiàn)狀
  3．2  電解水制氫
  3．2．1  原理
  3．2．2  現(xiàn)狀
  3．3  生物質(zhì)制氫
  3．3．1  光合生物制氫
  3．3．2  生物發(fā)酵制氫
  3．4  光催化制氫
  3．4．1  原理
  3．4．2  光催化制氫反應(yīng)器
  3．4．3  制氫光催化劑的分類以及性能
  參考文獻(xiàn)
第4章  氫分離和提純
  4．1  氫分離提純方法
  4．2  變壓吸附
  4．3  膜分離
  4．3．1  高分子膜分離
  4．3．2  二氧化硅膜
  4．3．3  沸石膜
  4．3．4  金屬透氫膜
  4．4  本菲爾法
  4．5  深冷分離
  4．5．1  冷凝法
  4．5．2  膨脹機(jī)法
  4．6  重氫的分離
  4．6．1  氫同位素的特性
  4．6．2  重氫的核聚變反應(yīng)
  4．6．3  重氫提純回收
  4．6．4  氫同位素的分離濃縮
  參考文獻(xiàn)
第5章  高壓儲(chǔ)氫
  5．1  高壓氫氣的壓縮
  5．1．1  氫氣的壓縮因子
  5．1．2  高壓氫氣的壓縮方式
  5．2  氫氣的加注
  5．3  高壓儲(chǔ)氫容器
  5．3．1  高壓儲(chǔ)氫容器的發(fā)展
  5．3．2  輕質(zhì)高壓儲(chǔ)氫容器的設(shè)計(jì)
  5．4  高壓儲(chǔ)氫的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和檢測(cè)試驗(yàn)
  5．4．1  高壓儲(chǔ)氫的使用風(fēng)險(xiǎn)
  5．4．2  高壓儲(chǔ)氫容器的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估
  5．4．3  高壓儲(chǔ)氫使用的標(biāo)準(zhǔn)
  5．4．4  高壓儲(chǔ)氫的安全性能檢測(cè)試驗(yàn)
  5．5  高壓儲(chǔ)氫的風(fēng)險(xiǎn)控制
  5．5．1  氫氣加注過程中的風(fēng)險(xiǎn)控制
  5．5．2  高壓儲(chǔ)氫容器的風(fēng)險(xiǎn)控制
  5．5．3  運(yùn)輸與車用儲(chǔ)氫設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)控制
  5．6  高壓儲(chǔ)氫的應(yīng)用
  5．6．1  運(yùn)輸用大型高壓氫氣容器
  5．6．2  蓄氣站大型高壓氫氣容器
  5．6．3  燃料電池車用高壓儲(chǔ)氫
  參考文獻(xiàn)
第6章  液態(tài)儲(chǔ)氫及應(yīng)用
  6．1  液態(tài)儲(chǔ)氫簡(jiǎn)介
  6．1．1  液態(tài)儲(chǔ)氫適用條件
  6．1．2  正-仲氫轉(zhuǎn)化
  6．2  液態(tài)氫的生產(chǎn)
  6．3  液態(tài)氫的存儲(chǔ)
  6．3．1  液氫存儲(chǔ)的熱學(xué)分析
  6．3．2  液氫設(shè)備的絕熱材料
  6．3．3  液氫儲(chǔ)罐
  6．4  液氫的運(yùn)輸
  6．4．1  常溫容器加注液氫的冷卻特性
  6．4．2  液氫的輸送方式
  6．4．3  液氫儲(chǔ)藏型加氫站
  6．5  液氫的應(yīng)用
  6．5．1  液氫在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用
  6．5．2  液氫在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用
  6．5．3  液氫的其他應(yīng)用
  6．6  液氫的安全性
  6．7  展望
  參考文獻(xiàn)
第7章  物理吸附儲(chǔ)氫材料
  7．1  氣體吸附原理及物理儲(chǔ)氫的特點(diǎn)
  7．1．1  吸附等溫線的類型
  7．1．2  吸附等溫方程
  7．1．3  額外吸附量與總吸附量
  7．2  碳材料的發(fā)展及儲(chǔ)氫性能
  7．2．1  活性炭
  7．2．2  碳纖維
  7．2．3  碳納米管
  7．2．4  石墨烯及石墨烯型材料
  7．2．5  碳材料的開發(fā)與研究前景
  7．3  金屬有機(jī)骨架材料的儲(chǔ)氫性能
  7．3．1  結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)合成及儲(chǔ)氫性質(zhì)研究現(xiàn)狀
  7．3．2  與氫氣作用機(jī)理
  7．3．3  儲(chǔ)氫性能的影響因素和發(fā)展方向
  7．4  微孔高分子的儲(chǔ)氫性能
  7．4．1  PIM類型的微孔高分子
  7．4．2  超高交聯(lián)型微孔高分子
  7．5  3種物理吸附材料的比較
  參考文獻(xiàn)
第8章  儲(chǔ)氫合金和金屬氫化物
  8．1  儲(chǔ)氫合金的工作原理和設(shè)計(jì)
  8．1．1  儲(chǔ)氫合金簡(jiǎn)介
  8．1．2  儲(chǔ)氫合金的歷史發(fā)展及現(xiàn)狀
  8．1．3  儲(chǔ)氫合金的工作原理
  8．1．4  儲(chǔ)氫合金的設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)
  8．2  稀土儲(chǔ)氫材料
  8．2．1  LaNi5基AB5型儲(chǔ)氫材料
  8．2．2  混合稀土儲(chǔ)氫材料
  8．2．3  非AB5型Re-Mg-過渡金屬儲(chǔ)氫材料
  8．3  Mg和MgH2基儲(chǔ)氫材料
  8．3．1  鎂單質(zhì)儲(chǔ)氫材料
  8．3．2  Mg-Ni體系儲(chǔ)氫材料
  8．3．3  Mg-Co體系儲(chǔ)氫材料
  8．3．4  Mg-Fe-H體系以及其他鎂基儲(chǔ)氫材料
  8．4  Ca和CaH2基儲(chǔ)氫材料
  8．4．1  CaH2
  8．4．2  Ca-Ni-M體系
  8．4．3  其他Ca基合金儲(chǔ)氫材料
  8．5  Ti基合金儲(chǔ)氫材料
  8．5．1  Ti-Fe基合金體系
  8．5．2  Ti-Co基合金體系
  8．5．3  Ti-Mn基合金體系
  8．5．4  Ti-Cr基合金體系
  8．5．5  Ti-Ni基合金體系
  8．6  V基體心立方固溶體合金儲(chǔ)氫材料
  8．6．1  V-Ti-Fe合金體系
  8．6．2  V-Ti-Ni合金體系
  8．6．3  V-Ti-Cr合金體系
  8．7  Zr基合金儲(chǔ)氫材料
  8．7．1  Zr-V基合金體系
  8．7．2  Zr-Cr基合金體系
  8．7．3  Zr-Mn基合金體系
  8．8  Pd基固溶體儲(chǔ)氫材料
  8．9  納米材料尺寸效應(yīng)與形貌對(duì)儲(chǔ)氫
  材料性能的影響
  8．9．1  納米結(jié)構(gòu)儲(chǔ)氫材料研究背景
  8．9．2  納米結(jié)構(gòu)儲(chǔ)氫材料制備方法
  8．9．3  納米結(jié)構(gòu)儲(chǔ)氫材料的性能
  8．9．4  特殊納米形貌對(duì)儲(chǔ)氫性能的
  影響
  8．10  納米薄膜材料的儲(chǔ)氫性能研究
  8．10．1  納米薄膜材料的儲(chǔ)氫研究
  8．10．2  薄膜的氫致光變特性
  參考文獻(xiàn)
第9章  無機(jī)非金屬儲(chǔ)氫材料
  9．1  氫與氫化物
  9．2  無機(jī)非金屬氫化物
  9．2．1  基本特征
  9．2．2  電子結(jié)構(gòu)和成鍵特性
  9．2．3  吸放氫反應(yīng)機(jī)理（與金屬氫化
  物相比較）
  9．3  配位鋁氫（Al-H）化物
  9．3．1  合成方法
  9．3．2  晶體結(jié)構(gòu)
  9．3．3  吸放氫性能
  9．3．4  摻雜的配位鋁氫化物
  9．4  金屬氮?dú)洌∟-H）化物
  9．4．1  合成方法
  9．4．2  晶體結(jié)構(gòu)
  9．4．3  吸放氫性能
  9．5  金屬硼氫（B-H）化物
  9．5．1  合成方法
  9．5．2  晶體結(jié)構(gòu)
  9．5．3  吸放氫性能
  9．5．4  吸放氫性能改善
  9．6  氨硼烷(NH3BH3)及其衍生物
  9．6．1  氨硼烷化合物儲(chǔ)氫材料的特點(diǎn)以及合成方法
  9．6．2  氨硼烷化合物儲(chǔ)氫體系和放氫性能改善
  9．6．3  氨硼烷化合物及其衍生物儲(chǔ)氫材料的研究與發(fā)展
  參考文獻(xiàn)
第10章  其他儲(chǔ)氫材料
  10．1  水合物儲(chǔ)氫技術(shù)
  10．1．1  氣體水合物的晶體結(jié)構(gòu)
  10．1．2  氣體水合物儲(chǔ)氫
  10．1．3  水合物儲(chǔ)氣量的一般計(jì)算方法
  10．2  有機(jī)液體氫化物儲(chǔ)氫技術(shù)
  10．2．1  有機(jī)液體氫化物儲(chǔ)氫技術(shù)原理和特點(diǎn)
  10．2．2  有機(jī)液體氫化物儲(chǔ)氫技術(shù)的關(guān)鍵問題
  10．3  空心玻璃微球高壓儲(chǔ)氫技術(shù)
  10．3．1  玻璃微球儲(chǔ)氫原理
  10．3．2  玻璃微球的儲(chǔ)氫效率和存在的主要問題
  10．4  鋁水反應(yīng)制氫儲(chǔ)氫技術(shù)
  10．4．1  鋁水反應(yīng)制氫儲(chǔ)氫機(jī)理
  10．4．2  鋁水反應(yīng)實(shí)用化反應(yīng)器及其應(yīng)用展望
  參考文獻(xiàn)
第11章  儲(chǔ)氫材料的計(jì)算模擬
  11．1  儲(chǔ)氫材料計(jì)算模擬背景
  11．2  儲(chǔ)氫材料計(jì)算模擬的理論基礎(chǔ)
  11．2．1  基于密度泛函理論的第一性原理
  11．2．2  固體結(jié)構(gòu)計(jì)算方法和模型
  11．2．3  分子動(dòng)力學(xué)方法
  11．2．4  Monte Carlo方法
  11．3  儲(chǔ)氫材料計(jì)算軟件簡(jiǎn)介
  11．3．1  VASP
  11．3．2  Materials Studio
  11．3．3  Gaussian
  11．3．4  其他常見軟件簡(jiǎn)介
  11．4  儲(chǔ)氫材料計(jì)算研究進(jìn)展
  11．4．1  金屬型氫化物和多元絡(luò)合氫化物
  11．4．2  化學(xué)氫化物儲(chǔ)氫材料
  11．4．3  吸附儲(chǔ)氫材料
  11．4．4  其他固體儲(chǔ)氫材料
  11．5  本章  小結(jié)
  參考文獻(xiàn)
第12章  鎳氫電池
  12．1  概述
  12．1．1  電化學(xué)理論基礎(chǔ)
  12．1．2  化學(xué)電源的發(fā)展歷史
  12．1．3  鎳氫電池的工作原理和特點(diǎn)
  12．2  鎳氫電池的組成
  12．2．1  正極材料
  12．2．2  負(fù)極材料
  12．2．3  輔助材料
  12．3  鎳氫電池的開發(fā)與應(yīng)用
  12．3．1  鎳氫電池的開發(fā)現(xiàn)狀
  12．3．2  鎳氫電池的應(yīng)用
  參考文獻(xiàn)
第13章  燃料電池
  13．1  燃料電池概述
  13．2  堿性燃料電池
  13．2．1  概述
  13．2．2  電池構(gòu)造
  13．2．3  操作條件對(duì)電池性能的影響
  13．2．4  研究現(xiàn)狀、問題及前景
  13．3  高聚物電解質(zhì)膜燃料電池
  13．3．1  概述
  13．3．2  電池結(jié)構(gòu)
  13．3．3  水管理
  13．3．4  PEMFC的應(yīng)用
  13．4  直接甲醇燃料電池
  13．4．1  概述
  13．4．2  甲醇的催化電氧化
  13．4．3  甲醇滲漏
  13．4．4  DMFC應(yīng)用
  13．5  磷酸燃料電池
  13．5．1  概述
  13．5．2  電池結(jié)構(gòu)
  13．5．3  運(yùn)行條件對(duì)性能的影響
  13．5．4  PAFC的冷卻系統(tǒng)
  13．5．5  磷酸燃料電池的應(yīng)用
  13．6  熔融碳酸鹽燃料電池
  13．6．1  概述
  13．6．2  電池結(jié)構(gòu)
  13．6．3  MCFC的應(yīng)用
  13．7  固體氧化物燃料電池
  13．7．1  概述
  13．7．2  電解質(zhì)
  13．7．3  電極
  13．7．4  密封材料
  13．7．5  SOFC的結(jié)構(gòu)
  13．7．6  SOFC的應(yīng)用
  13．8  其他燃料電池
  13．8．1  直接醇類燃料電池
  13．8．2  硼氫化鈉燃料電池
  13．8．3  微生物燃料電池
  13．9  燃料電池系統(tǒng)
  13．10  燃料電池的成本和開發(fā)
  13．10．1  成本分析
  13．10．2  燃料電池的開發(fā)
  13．11  燃料電池的應(yīng)用
  參考文獻(xiàn)
第14章  金屬氫化物儲(chǔ)氫裝置與技術(shù)
  14．1  金屬氫化物儲(chǔ)氫容器
  14．1．1  金屬氫化物儲(chǔ)氫容器儲(chǔ)氫原理
  14．1．2  儲(chǔ)氫容器的分類及優(yōu)缺點(diǎn)
  14．1．3  金屬氫化物儲(chǔ)氫容器的應(yīng)用范圍
  14．1．4  儲(chǔ)氫材料的填充
  14．1．5  儲(chǔ)氫容器的密封
  14．2  高壓及金屬氫化物復(fù)合儲(chǔ)氫容器
  參考文獻(xiàn)
第15章  氫能源汽車
  15．1  氫內(nèi)燃機(jī)汽車
  15．1．1  氫內(nèi)燃機(jī)概述
  15．1．2  氫內(nèi)燃機(jī)工作原理
  15．1．3  氫氣燃燒的特性
  15．1．4  氫內(nèi)燃機(jī)汽車的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)
  15．1．5  氫內(nèi)燃機(jī)的熱效率和輸出功率
  15．1．6  氫內(nèi)燃機(jī)的技術(shù)難點(diǎn)和解決辦法
  15．1．7  氫混合燃料內(nèi)燃機(jī)
  15．1．8  氫內(nèi)燃機(jī)汽車的發(fā)展?fàn)顩r
  15．2  燃料電池汽車
  15．2．1  燃料電池汽車概述
  15．2．2  燃料電池汽車特點(diǎn)
  15．2．3  燃料電池汽車工作原理
  15．2．4  燃料電池汽車結(jié)構(gòu)系統(tǒng)
  15．2．5  燃料電池汽車的發(fā)展?fàn)顩r
  參考文獻(xiàn)
第16章  加氫站
  16．1  加氫站的基本組成系統(tǒng)
  16．1．1  壓縮系統(tǒng)
  16．1．2  儲(chǔ)藏系統(tǒng)
  16．1．3  加注系統(tǒng)
  16．2  各種類型加氫站簡(jiǎn)介
  16．2．1  燃料重整型加氫站
  16．2．2  水電解型加氫站
  16．2．3  液氫儲(chǔ)藏型加氫站
  16．2．4  壓縮氫儲(chǔ)藏型加氫站
  16．2．5  移動(dòng)加氫站
  16．3  加氫站與加氫站網(wǎng)絡(luò)建設(shè)
  參考文獻(xiàn)
第17章  氫氣與材料制備和改性
  17．1  氫脆
  17．1．1  氫在鋼鐵中的固溶和性能
  17．1．2  氫脆模型
  17．1．3  不同材料的氫脆
  17．1．4  氫脆機(jī)理以及氫致滯后斷裂
  17．1．5  氫脆的防止
  17．2  金屬間化合物氫致非晶化
  17．2．1  金屬間化合物的氫氣吸收和非晶態(tài)化
  17．2．2  氫氣吸收非晶態(tài)化的金屬間化合物成分和晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
  17．2．3  氫氣吸收非晶態(tài)化的機(jī)理
  17．2．4  氫致非晶態(tài)化化合物的熱穩(wěn)定性
  17．3  HD和HDDR現(xiàn)象以及微觀組織調(diào)控
  17．3．1  稀土永磁材料的HD現(xiàn)象
  17．3．2  稀土永磁材料的HDDR現(xiàn)象
  17．3．3  氫氣處理引起的鈦基材料的晶粒微細(xì)化以及性質(zhì)的提高
  17．3．4  Nb3M(M=Al、Si、Ge、In)粉體的制備
  17．3．5  鎳氫電池合金粉體的制備
  17．3．6  氫氣吸收與多孔金屬的形成
  17．4  氫等離子體法制備納米材料
  17．4．1  簡(jiǎn)介
  17．4．2  設(shè)備及其工藝
  17．4．3  納米顆粒形成機(jī)理和長(zhǎng)大過程
  17．4．4  影響納米顆粒制備的因素
  17．4．5  氫等離子體制備的納米顆粒大小和形貌
  17．4．6  金屬合金以及無機(jī)非金屬納米顆粒的制備
  17．4．7  氫等離子體制備不同形態(tài)的納米結(jié)構(gòu)物質(zhì)
  17．5  磁學(xué)性質(zhì)
  17．5．1  吸氫所引起的磁矩大小變化
  17．5．2  交換相互作用
  17．5．3  磁各向異性
  17．5．4  儲(chǔ)氫合金氫化物的磁學(xué)性質(zhì)
  17．6  超導(dǎo)MgB2的制備
  17．6．1  MgB2超導(dǎo)化合物
  17．6．2  傳統(tǒng)的MgB2超導(dǎo)薄膜制備
  17．6．3  Mg(BH4)2分解制備MgB2超導(dǎo)薄膜
  參考文獻(xiàn)
第18章  氫氣的安全性
  18．1  氫氣安全的基礎(chǔ)知識(shí)
  18．2  氫氣的燃燒和爆炸性能
  18．3  高壓氫氣和液態(tài)氫氣的危險(xiǎn)性
  18．3．1  高壓氫氣的危險(xiǎn)性
  18．3．2  液態(tài)氫氣的危險(xiǎn)性
  18．4  氫脆引起的設(shè)備安全問題
  18．5  儲(chǔ)氫合金的安全問題
  18．6  氫燃料電池汽車的安全問題
  18．6．1  高壓保護(hù)系統(tǒng)
  18．6．2  氫氣泄漏檢測(cè)
  18．6．3  氫燃料電池汽車的相對(duì)安全性
  18．7  氫氣泄漏檢測(cè)方法和氫氣檢測(cè)器
  18．8  一般安全的對(duì)策
  參考文獻(xiàn)
第19章  基本數(shù)據(jù)
  19．1  氫元素、能源與環(huán)境
  19．2  氫氣燃料的基本特性
  19．3  氫氣的物理和化學(xué)性質(zhì)
  19．4  氫氣擴(kuò)散
  19．5  氫化物分類
  19．6  儲(chǔ)氫材料性質(zhì)比較
  19．7  相圖和PCT曲線
  19．8  氫化物晶體結(jié)構(gòu)
  19．9  儲(chǔ)氫材料熱力學(xué)
  19．10  蓄熱合金
  19．11  氫能源汽車
  參考文獻(xiàn)

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