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乌日娜 译

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出版社： 科学

ISBN：9787030318695

商品编码：29913140330

丛书名： 绿色的革命--漫话燃料电池(四色全彩)形形色

开本：32开

出版时间：2011-09-01

目录
目录
第1章 什么是燃料电池
001 燃料电池反应与水的电解反应互为逆反应，燃料电池通过氢气和空气的反应产生电能 002
002 燃料电池的反应是指从燃料直接产生电能的电化学反应 004
003 由于自然界中不存在氢气，一般通过化石燃料的改质过程得到氢气 006
004 燃料电池在低温操作和规模小的情况下也能实现较高的发电效率 008
005 作为发电单位的单电池由电极、电解质、分离器和外部回路组成 010
006 可根据吉布斯自由能的减少量计算电池的电能与电压 012
007 求燃料电池的发电效率时用热力学能量函数 014
008 电流取决于电极的反应速率 016
009 增加电流时，电极间的电压下降 018
010 电极上形成接触气体分子、催化剂、电解质的三相界面 020
011 单电池的电压为1V左右，层叠之后就能实现高电压 022
012 组成燃料电池的系统中有些组成部分是必不可少的 024
013 用化石燃料制备氢气的燃料处理装置的改质过程 026
014 验证实验终有结果 家用燃料电池系统迎来商业化应用 028
015 世界上第*个燃料电池是威廉格鲁夫的水电解实验装置 030
016 以地面利用为目标的燃料电池的开发轨迹 032
017 根据电解质的种类对燃料电池进行分类 034
018 高输出低价格的碱型燃料电池在宇宙开发和人造卫星中的应用 036
019 磷酸型燃料电池在中容量热电联产电厂中的应用 038
020 低温型燃料电池和高温型燃料电池各有千秋 040
021 熔融碳酸盐型燃料电池的工作原理及其特征 042
022 固体氧化物型燃料电池由陶瓷构造体构成 044
023 固体氧化物型燃料电池中，天然气也能作为燃料直接使用 046
024 固体氧化物型燃料电池的圆筒形构造能够保持强度，不容易损坏 048
025 固体高分子型燃料电池中，水的恰当管理非常重要 050
026 甲醇燃料电池中甲醇可直接发生反应，可用于便携式设备电源 052
027 肼燃料电池历史悠久，*近由于其零碳排放引起人们的关注 054
COLUMN 燃料电池单电池的工作 056
第2章 燃料电池与充电电池的不同之处
028 燃料电池具有发电功能，充电电池能够储存电能 058
029 充放电时的电极反应与活性物质的变化 060
030 只有离子能通过充电电池电解质中的隔膜 062
031 追踪丹尼尔电池的电化学反应过程 064
032 铅蓄电池的放电反应中二氧化铅和铅反应生成硫酸铅和水 066
033 充电是把放电后的活性物质通过电解反应变回原来物质的过程 068
034 表示充电电池性能与特性的独特评价指标 070
035 从反应式计算理论能量密度 072
036 现实中，电池的能量密度低于理论能量密度 074
037 镍氢电池的充放电反应与充电电池的发展历程 076
038 电动汽车开发中受到关注的锂离子电池 078
039 锂的特性与锂系电池 080
040 锂离子电池的充放电过程及其特征 082
041 锂离子电池引起的起火事故与安全对策 084
042 支持智能电网（第二代电力网）的大容量蓄电池 086
043 在外部储藏全部活性物质的氧化还原液流电池 088
COLUMN 燃料电池和充电电池的基本原理都是氧化还原反应 090
第3章 生活中广泛应用的家庭用燃料电池
044 家庭用燃料电池的普及推广是对抗全电化的表现 092
045 选择固体高分子型燃料电池是从产学研结合项目获得的成绩 094
046 燃料电池发电向基础电力供应的方向发展 096
047 从电力与热能需求量的比例出发，设定额定输出功率为1kW 098
048 冬夏季电力需求高，夏季热能需求低 100
049 家庭用燃料电池的物质、热能、电的流动 102
050 追踪系统内空气与水的流动 104
057 追踪热能的流动 排热回收系统的作用 106
052 家庭用燃料电池以安全、安心和经久耐用为先决条件 108
053 家庭用燃料电池的进化 110
054 中温工作型燃料电池的开发实例 112
055 家用固体氧化物型燃料电池的优点 114
056 家庭用固体氧化物型燃料电池中存在的问题 116
COLUMN 家庭用燃料电池与电力系统联合运转 118
第4章 燃料电池在汽车中的应用
057 燃料电池汽车(FCV)是什么样的汽车 120
058 燃料电池汽车用什么燃料 122
059 汽车上搭载高压氢气的方法 124
060 液体氢气储藏和储氢合金储藏中存在的问题 126
067 给燃料电池汽车提供氢气的氢气加气站 128
062 对燃料电池汽车中使用的氢气有什么要求 130
063 氢气加气站的系统组成 132
064 燃料电池汽车环境性能与效率的评价方法 134
065 氢气危险关于燃料电池汽车安全性能的考虑 136
066 燃料电池汽车的历史与发展的轨迹 138
067 燃料电池汽车普及需要克服的难题 140
068 除汽车之外移动体上也考虑使用燃料电池 142
069 想象未来的汽车 144
COLUMN 汽车用燃料电池是小型固体高分子型燃料电池 146
第5章 支持信息化社会的便携式设备用电源
070 固体高分子型燃料电池与甲醇燃料电池性能的差异 148
077 什么是甲醇渗透现象 150
072 改善甲醇燃料电池性能的尝试 152
073 能够抑制甲醇渗透现象的新型电解质膜实例 154
074 作为移动终端电源的甲醇燃料电池系统的结构 156
075 如何选择主动型和被动型甲醇燃料电池 158
076 用于移动信息终端的固体高分子型燃料电池目前正在试制阶段 160
077 用于移动信息终端的甲醇燃料电池的开发历史 162
078 甲醇燃料电池广泛普及所需要解决的问题 164
COLUMN 甲醇燃料电池不需要改质器 166
第6章 研究企业用燃料电池
079 企业用燃料电池有什么用途 168
080 企业用燃料电池市场中开始兴起的磷酸型燃料电池 170
087 磷酸型燃料电池开发与市场开拓的历史 172
082 食品废弃物和生垃圾是有效的能量资源 174
083 用生垃圾发电的燃料电池 176
084 用于废弃物系生物质能源利用的熔融碳酸盐型燃料电池 178
085 被称为第三代燃料电池的固体氧化物型燃料电池 180
086 适用于高温型燃料电池的燃料范围较为广泛 182
087 组合高温型燃料电池与燃气轮机发电的高效率发电方式 184
COLUMN 各种企业用燃料电池闪亮登场 186
第7章 智能化能源网络与氢气能源社会
088 氢气能源社会印象 188
089 氢气是什么 190
090 想象不久将来的生态生活 192
COLUMN 智能能源网络与氢气能源系统 194
参考文献 195
在线试读
第1章 什么是燃料电池
　　燃料电池是将天然气等普通燃料的化学能通过电化学反应转变成电能的装置。燃料电池的反应与水的电解反应互为可逆反应。燃料电池是通过氢气和氧气（空气）的反应来产生电能的。本章将简单介绍燃料电池的工作原理。
　　001 燃料电池反应与水的电解反应互为逆反应，燃料电池通过氢气和空气的反应产生电能
　　由于燃料电池的名字中带有电池二字，也许有人会理所当然地把它想象成像干电池和充电电池一样能够储存电能的设备，但是事实上燃料电池并不能储存电能。由于燃料电池是一种发电设备，与其说燃料电池是汽车用铅蓄电池和移动终端等设备用锂离子电池的同类，还不如说燃料电池更接近于内燃发电机以及构造不同的小规模火力发电厂。
　　本书在以后的章节中会详细地介绍燃料电池的工作原理，鉴于其基本反应与中学里学过的水的电解反应互为逆反应，应该比较容易理解。作为理解燃料电池的构造和工作原理的前期准备，这里先简单说明一下水的电解现象之外的其他内容。
　　水的电解反应是按如下所示的化学反应进行的，是水电解产生氢气和氧气的反应。首先，在电解槽容器中装满硫酸溶液和氢氧化钠溶液。在硫酸溶液的情况下，这种液体由带有正电荷的氢离子(H+)和带有负电荷的硫酸根离子(SO42-)组成，因此这种液体被称为电解液。从这种液体外部通入电流（施加电场）时，正离子和负离子分别向电荷相反的电极移动从而形成电流。也就是说，电解液是通过离子的移动传导电能的离子导电体。
　　电解反应如图1所示，将两枚连有铂金(Pt)板的导电体支持棒按一定间隔插入电解槽中。接着将一边连有铂金板的支持棒接到电源的正极(+)，将另一边的支持棒接到电源的负极（一）时，从与正极连接的白金板上产生氧气，从与负极连接的白金板上产生氢气。
　　要点
　　燃料电池是一种发电装置
　　电解液由正离子和负离子组成
　　图1 水的电解反应的相关概念
　　图2 水的电解反应与燃料电池反应互为逆反应
　　002 燃料电池的反应是指从燃料直接产生电能的电化学反应
　　虽说燃料电池可以定义为内燃发电机或者火力发电机的一种，但它们之间还是有区别的。其中*大的区别在于，燃料电池能将燃料的化学能通过电化学的反应过程转化成电能（电力），与此不同的是，火力发电则是经过图1左侧所示的若干步骤产生电能。
　　那么，这个电化学反应是个什么样的过程呢？根据化学教科书，电化学的定义为“研究化学反应能与电能的关系以及相互转化等的知识领域”。这里所说的电化学的转化可以解释为“根据电化学反应将化学能直接转变为电能的过程”。由于燃料电池的这个特征，燃料电池的反应也可以被称为直接转化。
　　天然气、石油、煤炭等化石燃料和木炭等生物资源通过燃烧（氧化反应）能够将化学能转化成热能。热能具有加热物质的能力，比如水进行加热之后温度升高变成水蒸气，再进一步加热时能够产生高压水蒸气。蒸汽涡轮机的作用正是将这种水蒸气的压力转化成转动的运动能。于是，将发电机连接到蒸汽涡轮机的主轴上，就能够产生电能。这就是蒸汽式涡轮机火力发电的过程。
　　另外，内燃发电机将汽油等液体燃料气化为气体状态，然后与空气进行混合送入气缸，燃烧这种混合气体时产生的膨胀力使活塞产生往复运逐旋转运动进行发电。
　　要点
　　燃料电池是将化学能直接转变成电能的装置
　　电化学反应能够将化学能与电能相互转化
　　图1 燃料电池与传统的发电方式的比较（能量转变过程）
　　图2 蒸汽涡轮机发电系统的基本构成
　　003 由于自然界中不存在氢气，一般通过化石燃料的改质过程得到氢气
　　在(001)中，燃料电池被定义为“与电解反应互逆，使用氢气和空气产生电能的装置”。氢气作为一种清洁燃料，不仅在燃料电池中，即使是在传统的热电装置中燃烧，也不会排放二氧化碳、硫的氧化物和黑烟等对环境有害的物质。但是由于自然界中氢气不以单质的形式存在，有必要通过人工手段生产氢气。一般来说，可以利用改质反应从天然气、丙烷气和煤油等化石燃料得到氢气。
　　通过改质反应生产氢气时会产生二氧化碳气体。举例来说，以天然气为原料生产氢气时，每产生4mol氢气，与其对应产生1mol二氧化碳。换句话说，不能因为使用的是氢气燃料，就称其为清洁的发电方式。
　　那么，有没有不排放或者几乎不排放二氧化碳的条件下，得到氢气的方法呢？
　　较为常见的方法是利用太阳能发电和风力发电等可再生能源进行水的电解反应。但是，如果设定燃料电池的发电效率为40%～50%，那么经过“电→氢气→电”循环之后将会损失掉一半左右的能量。利用可再生能源生产氢气的方法中还包括使用生物质产生氢气和利用食品废弃物和污泥发酵产生甲烷，再通过改质得到氢气的方法等。除此之外，将来有可能利用高温核反应堆（原子力）制造氡气，目前该技术正在研究阶段。
　　根据现实的情况从制造氢氧化钠的食盐电解工业等生产工程中能够得到副产品氢气。食盐电解工业、石油炼制和炼铁工业过程中，能够产生大量的氢气副产品。
　　要点
　　通过天然气和丙烷气体的改质反应能够得到氢气
　　目前正在研究从可再生能源和高温核反应堆中得到氢气的方法
内容介绍
我们生活的世界有形形色色的事物和现象，其中都必定包含着“科学”的成分。在这些成分中，有些是你所熟知的，有些是你未知的，有些是你还一知半解的。而对未知的世界，好奇的你是不是有很多疑惑、不解和期待呢？！“形形色色的科学”趣味科普丛书，把我们生活和身边方方面面的科学知识，活灵活现、生动有趣地展示给你，让你在畅快阅读中收获这些鲜活的科学知识！
　　燃料电池，一个我们既熟悉又陌生的新事物。使用它，就可以通过氢气和氧气高效率地获得电能。本书主要以燃料电池为中心，探讨了燃料电池的原理、特征，燃料电池与其他电池的区别，燃料电池的种类、应用领域，以及燃料电池发展史和开发动向等。

好的，这是一份关于《绿色的革命：漫话燃料电池》的图书简介，其中完全不包含该书的任何具体内容，而是聚焦于一个完全不同主题的虚构书籍。 --- 图书名称：《星海回响：失落文明的密码与未来远航》 图书简介 一部横跨千年，探索宇宙奥秘与人类文明终极命运的史诗巨著。 《星海回响》并非一部简单的科幻小说，它是一部融合了硬核天体物理学、晦涩的古代语言学、以及深邃哲学思辨的宏大叙事。本书的核心围绕一个震撼人心的发现展开：人类文明的摇篮——地球，并非宇宙中唯一的智慧生命起源地。在距太阳系约五千光年的仙女座星系边缘，一套由一组古老、但技术远超人类理解范畴的文明遗迹被偶然捕获。这些遗迹并非冰冷的废墟，而是一套复杂、自洽的“记忆矩阵”，它们以一种前所未有的方式，向后来者低语着一个关于兴衰、创生与毁灭的宏大故事。 第一部分：沉默的图书馆与语言的迷宫 故事始于22世纪中叶，由叛逆的天体语言学家埃莉诺·凡斯博士领导的“深空聆听计划”截获了一串具有高度结构化的、非随机的电磁信号。这些信号并非直接信息，而是一系列复杂的数学规律和周期性波动，指向一个被命名为“先驱者之城”的星团。 凡斯博士及其团队，面对的是一个彻底颠覆了现有认知体系的语言挑战。这种被称为“虚空语”的交流方式，其语法结构基于多维空间折叠的几何学，而非线性的时间概念。本书用大量笔墨细致描绘了破译过程中的挫折与突破。读者将跟随破译小组，深入研究先驱者文明留下的“符号矩阵”——一种将信息编码在恒星光谱和暗物质波动中的独特记录方式。 第二部分：失落的物理学与宇宙的真实面貌 随着语言的初步解锁，更令人震惊的科学发现浮出水面。先驱者文明似乎掌握了一种完全不同于现代物理学的宇宙模型。他们不依赖于标准模型的粒子，而是将引力、电磁力等基本作用力视为“弦的共振频率”。 本书深入探讨了这些“失落的物理学”理论，包括“时间塑形技术”——一种允许他们在局部时空内修改因果律的实验。通过对这些理论的解析，我们得以一窥先驱者文明的工程奇迹：他们如何在不消耗恒星能量的前提下，驱动跨越星系的巨型结构；以及他们如何利用“量子纠缠网络”实现即时通讯，甚至短暂地操纵多重宇宙的边界。这些描述，既有严谨的理论推演，又不失对宏大想象力的展现。 第三部分：文明的兴衰：熵增的终极挑战 破解了技术和语言的壁垒后，最引人入胜的叙事转向了先驱者文明的“历史”本身。他们并非毁于星际战争或资源枯竭，而是败给了比黑暗更深沉的敌人——“信息熵”的不可逆转性。 书中详细描绘了先驱者文明的社会结构，一个高度依赖信息共享和集体意识的社会。然而，随着时间的推移，即使是最完美的存储介质也会退化，最精密的算法也会产生“噪音”。他们最终面临了一个哲学上的困境：如何在一个能量守恒、信息必然衰减的宇宙中，维持文明的意义与连续性？ 本书通过模拟先驱者文明末期的思想家们的记录，探讨了存在的本质：当知识的重量压垮了记忆的载体时，文明的“灵魂”该如何延续？他们的最终选择——将文明的核心意识上传到一种理论上永恒存在的“宇宙背景辐射”中——既是一种胜利，也是一种彻底的自我消解。 第四部分：未来的航向与回响的意义 故事的结局并非停滞在对逝去文明的哀悼。凡斯博士和她的团队，在吸收了先驱者文明的知识后，开始面对一个迫在眉睫的伦理困境：是否应该利用这些技术来“修正”人类文明自身的轨道？ 《星海回响》的结尾，留下了一个开放式的提问：当人类终于能够“听见”宇宙深处的古老声音时，我们真正应该学习的，究竟是他们的技术蓝图，还是他们面对“有限性”时所展现出的智慧与勇气？ 本书的笔触细腻而宏大，它不仅为读者呈现了一部关于宇宙探索的壮丽画卷，更是一次对知识、时间、记忆和文明永恒性的深刻内省。它邀请每一位读者，从地球的摇篮仰望星空，思考我们自身在时间洪流中的位置。 ---

评分☆☆☆☆☆

这本书的视角非常宏大，它不仅仅局限于单一的能源技术，而是从一个更广阔的视角来审视能源与人类社会的关系。作者将能源的发展置于历史、经济、政治和环境的宏大背景下进行考察，让我看到了能源问题是如何深刻地影响着人类文明的进程。我尤其赞赏书中对能源公平问题的探讨，这让我意识到，在追求能源可持续性的同时，我们也要关注能源获取的公平性，确保每个人都能享受到清洁能源带来的好处。书中的论证非常有条理，观点清晰，逻辑严谨，让我感觉作者是一位非常有思想的学者。阅读过程中，我经常会被作者的见解所启发，开始从不同的角度思考能源问题。我甚至会主动去和身边的人讨论书中的观点，分享我的看法。这本书不仅仅是一本科普读物，更是一本能够引发深刻思考的哲学著作。

评分☆☆☆☆☆

当我拿到这套书时，我其实并没有抱太大的期望。毕竟，关于能源的科普读物市面上已经有很多了，我担心会再次看到那些枯燥乏味的理论和数据。然而，事实证明我的担忧是多余的。这本书的叙事方式非常独特，作者仿佛是一位经验丰富的导游，带领读者穿越能源的漫漫长河。他并没有直接抛出结论，而是通过层层递进的叙述，引导我们一步步地理解能源的发展脉络。从最原始的篝火，到蒸汽机，再到如今的电力时代，每一个阶段的能源革新都被描绘得栩栩如生。我尤其喜欢书中对不同能源形式优劣势的对比分析，这让我对能源的复杂性有了更深刻的认识。书中还穿插了一些历史事件和人物故事，这些生动有趣的细节，让原本可能单调的科普内容变得引人入胜。我感觉自己不仅仅是在阅读一本关于能源的书，更像是在进行一场穿越时空的能源探索之旅。

评分☆☆☆☆☆

这套书简直是为我量身定做的！我一直对“绿色能源”这个概念心驰神往，但又觉得它总是高高在上，离我的生活很遥远。直到我翻开了这套书，才发现原来那些听起来高科技的概念，也可以被讲得如此生动有趣。作者用非常接地气的语言，把复杂的科学原理拆解得像讲故事一样，让我这个理工科小白也能轻松理解。特别是关于能源转型的那部分，让我深刻体会到为什么我们必须拥抱新能源，以及这些新能源将如何改变我们的未来。书中提到的那些案例，比如个人如何在日常生活中践行绿色理念，更是给了我很多启发。我不再觉得环保只是一个口号，而是变成了一种可以切实行动的生活方式。这本书让我对未来充满希望，也更加坚定了自己为环境保护贡献一份力量的决心。阅读过程中，我时常会停下来思考，并且会主动去查阅一些书里提到的拓展知识，这让我感觉自己不只是在被动地接收信息，而是在主动地学习和成长。

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我必须说，这本书给我的惊喜是巨大的。我一直认为能源领域是属于专业人士的领域，普通人很难涉足。但这本书彻底颠覆了我的认知。作者以一种非常亲切、平易近人的方式，深入浅出地讲解了能源的方方面面。我印象最深的是书中对“碳排放”这个概念的解释，我之前一直觉得它很抽象，但这本书通过生动的比喻和形象的图示，让我一下子就明白了其中的危害和重要性。而且，书里不仅仅是理论，还提供了大量的实践案例，比如一些国家和地区在推广绿色能源方面的成功经验，以及普通人如何通过改变生活习惯来减少能源消耗。这些信息对我来说非常实用，让我知道原来自己也可以为环境保护出一份力。我甚至开始尝试按照书中的建议，去调整自己的生活方式，比如减少一次性用品的使用，多选择公共交通等等。感觉就像是找到了一本“能源生活指南”，让我觉得生活充满了积极的可能性。

评分☆☆☆☆☆

我一直在寻找一本能够让我真正理解“能源”这个概念的书，终于让我找到了！这本书的内容设计得非常有层次感，从最基础的能源概念讲起，循序渐进地带领读者进入更深层次的探讨。作者的语言风格非常鲜活，像是在和老朋友聊天一样，没有丝毫的架子。我特别喜欢书中对不同能源“性格”的描绘，比如太阳能的“热情奔放”，风能的“随性而动”，以及水能的“稳定可靠”。这种拟人化的描述，让原本枯燥的科学知识变得生动有趣，也更容易让人记住。除了理论知识，书中还穿插了大量的趣味故事和历史轶事，这些都极大地增加了阅读的趣味性。我感觉自己就像是在享受一场知识的盛宴，在轻松愉快的氛围中，不知不觉地学习到了很多东西。读完这本书，我对能源的认识有了质的飞跃，也对未来的能源发展充满了信心。