水电解制氢
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作者(波)阿加塔·戈杜拉-乔佩克 著 饶洪宇,薛青,黄宇涵 译
出版社机械工业出版社
ISBN9787111750482
出版时间2023-05
装帧精装
开本16开
定价199.9元
货号17288541
上书时间2024-12-30
商品详情
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目录
序
前言
第1章 引言
1.1 制氢方法的技术概况
1.1.1 重整制氢
1.1.2 电解
1.1.3 气化
1.1.4 生物质和生物质衍生燃料的转化
1.1.5 水分解
1.2 总结和制氢成本概览
参考文献
第2章 水电解的基本原理
2.1 水分解反应热力学
2.1.1 热力学状态函数
2.1.2 工作温度的选择准则
2.1.3 电化学水分解
2.1.4 水分解电压的pH相关性
2.1.5 水分解电压的温度相关性
2.1.6 水分解电压的压力相关性
2.2 电化学水分解的效率
2.2.1 水分解电解槽/小室：一般特性
2.2.2 电化学装置的主要能耗来源
2.2.3 水电解槽的能量效率
2.2.4 水电解槽的法拉第效率
2.3 水分解反应动力学
2.3.1 酸性介质中的半电池反应机理
2.3.2 碱性介质中的半电池反应机理
2.3.3 工作温度对动力学的影响
2.3.4 工作压力对动力学的作用
2.4 结论
参考文献
第3章 质子交换膜水电解
3.1 导言及历史背景
3.2 固体聚合物电解质电解槽的概念
3.3 PEM电解槽/小室
3.3.1 概述
3.3.2 膜电极组件
3.3.3 电流-气体分散层
3.3.4 垫片
3.3.5 双极板
3.4 PEM电解槽/小室的电化学性能
3.4.1 极化曲线
3.4.2 单电极的特性
3.4.3 电荷密度和电极粗糙度
3.4.4 电化学阻抗谱（EIS）特性
3.4.5 压力型水电解和交叉渗透现象
3.4.6 耐久性问题：衰减机制和缓解策略
3.5 电解槽电堆
3.5.1 电解槽电堆的不同配置
3.5.2 PEM电解槽电堆设计
3.5.3 电解槽电堆的性能
3.5.4 诊断工具与维护
3.6 辅助（BoP）系统
3.6.1 概述
3.6.2 成本分析
3.7 主要供应商、商业发展历程和应用
3.7.1 商业地位
3.7.2 市场和应用
3.8 局限、挑战和前景
3.8.1 用非贵金属电催化剂替代铂
3.8.2 用非贵金属电催化剂替代铱
3.8.3 在更高温度下运行的质子膜
3.8.4 高电流密度运行
3.8.5 高压操作
3.9 结论
参考文献
第4章 碱性水电解
4.1 历史背景
4.2 电解槽单元
4.2.1 概述
4.2.2 电解液
4.2.3 电极和催化剂
4.2.4 隔膜/分离器
4.3 碱性水电解槽的电化学性能
4.3.1 极化曲线
4.3.2 电解槽性能比较
4.3.3 高温运行
4.3.4 高压操作
4.4 主要供应商、商业发展和应用
4.4.1 电解槽市场
4.4.2 商用电解槽设计
4.4.3 先进电解槽设计
4.5 结论
参考文献
第5章 单元化再生系统
5.1 简介
5.2 基本概念
5.2.1 热力学
5.2.2 半电池反应
5.2.3 过程可逆性
5.3 低温PEM URFC
5.3.1 原理
5.3.2 电池结构和URFC堆
5.3.3 性能
5.3.4 局限性和展望
5.4 高温URFC
5.4.1 原理
5.4.2 电池结构
5.4.3 性能
5.4.4 局限性和前景
5.5 总结与展望
参考文献
第6章 高温蒸汽电解
6.1 导言
6.2 技术概述
6.3 SOEC中的固态电化学基础
6.3.1 电极极化曲线
6.3.2 SOEC电极中电化学、质量和电荷转移的基础知识
6.3.3 温度在SOEC运行中的作用
6.3.4 总结
6.4 性能和耐久性
6.4.1 性能
6.4.2 耐久性
6.4.3 电堆电化学和热管理
6.5 限制和挑战
6.5.1 衰减问题
6.5.2 系统集成和经济考虑
6.6 具体操作模式
6.6.1 加压运行
6.6.2 可逆操作
6.6.3 共电解
参考文献
第7章 储氢方案面对的限制和挑战
7.1 导言
7.2 液态氢
7.3 压缩氢气
7.4 低温压缩氢气
7.5 固态储氢的材料和系统相关问题
7.5.1 物理储存概述
7.5.2 化学储存概述
7.6 总结
参考文献
第8章 氢：可再生能源的储存方式
8.1 导言
8.2 氢气：可再生能源（RE）的储存方式
8.2.1 可再生能源：特点及其对电网的影响
8.2.2 电网储能
8.2.3 储能用氢气
8.3 间歇能源供电的电解：技术挑战以及对性能和可靠性的影响
8.3.1 间歇性对系统设计和运行的影响
8.3.2 动态运行下的系统性能和可靠性
8.3.3 通过改进设计和运行管理间歇性
8.4 集成方案和示例
8.4.1 自主应用
8.4.2 并网应用
8.4.3 高温蒸汽电解与可再生能源的集成
8.5 技术经济评估
8.5.1 用于离网应用的氢气
8.5.2 流动性用氢
8.5.3 氢能源——为电网提供服务的一种方式
8.6 模拟在经济评估中的作用
8.6.1 模拟的目标
8.6.2 模拟的主要输入数据——对结果稳健性的影响
8.6.3 优化和敏感性分析
8.6.4 用于氢基系统技术经济评估的现有软件产品示例
8.7 结论
参考文献
第9章 总结与展望
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“碳达峰”“碳中和”目标已经影响到各行各业。如果技术路线选择得当，在使用氢能的过程中有可能实现真正的全链条“零排放”，因此，氢能的利用被视为实现双碳目标的有效路径。而如今水电解技术则是制氢的主要手段。 在过去几十年中，全球碳氢化合物能源经济受到了来自经济和环境等方面的严重制约。能源需求不断增长，化石燃料产能不断下降，不仅威胁了全球能源供应，也给环境带来了巨大压力。因此，寻找碳氢燃料的替代品是一项至关重要的工作。氢就是一种很有前途的替代品，优点颇多。氢在化石能源、核能、可再生能源与电能之间架起了一座桥梁，为能源生产和最终的用途链添加了灵活性。人们可以利用可再生能源生产的电力电解制氢，氢可以成为一种低碳足迹的能源载体。此外，氢在工业中应用广泛，电解制氢的经济意义同样重大。氢也是将二氧化碳转化为合成含碳燃料这一工艺过程的必要元素。因此，如何以可持续、高效和环保的方式制氢，是氢经济中最重要的一个环节。 水电解技术是如今制氢的主要手段，如果采用可再生能源发电制氢，不仅可以实现零碳，而且与其他大多数储能技术（如电池储能、飞轮储能等）有所不同的是，电解水制氢可以将电能和储能分离，这在为能源需求与能源供应不匹配的地区设计能源系统时是非常有用的。 因此，水电解制氢技术在未来有着广阔的应用场景，这也是这本书诞生的初衷。它全面介绍了水电解制氢的技术特点以及困难和挑战，通过本书，读者能够较为全面地了解水电解制氢产业的全景。因此无论产业中的工程师、高校师生，还是相关产业研究人员和政策制定者，都能够从本书中获得有效的信息和灵感。
精彩内容
本书首先概述了基于碱性电解和质子交换膜电解制氢和制氧的技术，简要介绍了该技术的历史背景和总体概念，包括电解槽的电化学性能、将单电解槽堆叠成大容量电堆的技术以及这些电堆的性能和特点；再详细介绍了两种相关技术的工艺流程、配套及辅助设备情况；最后，介绍了当前电解水制氢的应用和技术发展，对现有技术局限性、技术难点及未来前景也做了介绍和讨论。此外，本书对高温蒸汽电解制氢技术进行了深入的研究，详细介绍了该技术所涉及的固态电化学基础、电解槽的性能和耐久性、现有局限性、技术难点及具体的运行模式。
本书可供立足于氢能源行业，尤其是从事燃料电池技术研究的工程师阅读参考，也可以作为相关专业高校师生的参考读物。
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