电解水制氢原理与技术 / 新能源与智能网联汽车新技术系列丛书，未来能源与动力卓越工程师培养系列教材
定价：￥70.00
作者： 杨高强
出版时间：2025-11-12
出版社：机械工业出版社
“十四五”国家重点出版物出版规划项目
- 机械工业出版社
- 9787111787440
- 1-1
- 563096
- 平装
- 2025-11-12
- 371
内容简介
本书以电解水制氢为对象，结合企业实际案例，系统地介绍了相关电化学基本原理、电解水热力学、性能表征、几种电解水制氢技术以及电解水制氢设备的诊断分析技术。作为电解水制氢技术的核心，本书特别介绍了质子交换膜电解水制氢与碱性电解水制氢技术的背景和技术要点。最后，面对电解水制氢技术的快速更迭和行业的急速变革，本书讨论了不同电解水制氢技术的差异、技术发展状况、主要制造商、材料和系统路线图，并进行了未来展望。
本书适用于清洁能源、新能源和氢能行业的有关人员学习参考，也可作为高等院校能源与动力相关专业师生的参考书。
本书适用于清洁能源、新能源和氢能行业的有关人员学习参考，也可作为高等院校能源与动力相关专业师生的参考书。
目录
丛书序
前言
〉〉〉第1章电解水制氢简介1
1.1引言1
1.2制氢方式简介2
1.2.1煤制氢3
1.2.2天然气制氢4
1.2.3工业副产氢4
1.2.4电解水制氢5
1.2.5其他制氢方式6
1.3电解水制氢发展历史7
1.4电解水制氢的潜在应用和市场9
1.5总结10
〉〉〉第2章电化学基本原理11
2.1电化学与化学反应概述11
2.2电解水制氢的电化学反应原理12
2.3电化学的基础：科学单位、常数、基本定律13
2.4法拉第定律18
2.5反应物利用率的评价20
2.6电解水制氢设备的基本组成21
2.7总结27
〉〉〉第3章电解水的热力学30
3.1热力学参数30
3.2生成热、显焓、潜热39
3.3非反应物和混合物焓变的确定41
3.4反应物质和混合物焓变的确定44
3.5焓湿学：湿空气混合物热力学49
3.6电解水制氢的热力学效率52
3.7总结53
〉〉〉第4章电解水制氢的性能表征56
4.1极化曲线56
4.2活化极化58
4.2.1Butler-Volmer动力学模型62
4.2.2Butler-Volmer模型的简化68
4.2.3Langmuir动力学模型和Tekmin动力学模型71
4.3欧姆极化73
4.4浓差极化79
4.5其他极化损失82
4.6极化曲线模型总结85
4.7总结86
〉〉〉第5章质子交换膜电解水制氢90
5.1引言90
5.2PEM电解水制氢原理91
5.3PEM电解水制氢设备的描述92
5.3.1电解池组件92
5.3.2膜电极组件93
5.3.3气体扩散层95
5.3.4双极板96
5.3.5垫片97
5.4PEM电解水制氢的电化学性能97
5.4.1极化曲线97
5.4.2单电极的表征99
5.4.3电荷密度和电极表面粗糙度100
5.4.4交流阻抗表征法102
5.4.5高压电解水和交叉渗透现象104
5.4.6耐用性问题:退化机制和缓解策略108
5.5电解水制氢电堆109
5.5.1不同的堆叠配置结构109
5.5.2PEM电解水制氢电堆的设计110
5.5.3堆叠性能111
5.5.4诊断工具和维护112
5.6制氢厂的调试与气体管控113
5.6.1简述113
5.6.2成本分析113
5.7主要供应商、商业发展和应用115
5.7.1商业地位115
5.7.2市场和应用116
5.8局限性、挑战和前景116
5.8.1用非贵金属电催化剂替代铂117
5.8.2用非贵金属电催化剂替代铱合金118
5.8.3用于在更高温度下运行的新型聚合物质子导体118
5.8.4在高电流密度下运行119
5.8.5在高压力下操作119
5.9总结120
〉〉〉第6章碱性电解水制氢技术124
6.1导言和历史背景124
6.2碱性电解池126
6.2.1简述126
6.2.2电解质127
6.2.3电极和催化剂128
6.2.4隔膜/分离器132
6.3碱性电解池的电化学性能134
6.3.1性能比较134
6.3.2升温运行136
6.3.3加压运行138
6.4主要供应商、商业发展和应用141
6.4.1碱性电解池应用市场141
6.4.2商用碱性电解池设计145
6.4.3新型碱性电解池设计149
6.5总结152
〉〉〉第7章其他电解水制氢154
7.1固体氧化物电解水制氢154
7.1.1引言154
7.1.2固体氧化物电解水154
7.1.3固体氧化物电解池组成156
7.1.4高温蒸汽电解158
7.1.5固体氧化物电解池的材料162
7.1.6总结171
7.2阴离子交换膜(AEM)电解水制氢171
7.2.1工作原理171
7.2.2阴离子交换膜组件172
7.2.3AEM电堆的种类176
7.2.4总结177
7.3微生物电解水制氢177
7.3.1引言177
7.3.2微生物电解水工作原理177
7.3.3化学计量学和能量学178
7.3.4微生物电解池组件178
7.3.5微生物电解池系统中影响产氢的因素186
7.3.6微生物电解池系统性能评估187
7.3.7总结189
〉〉〉第8章电解水制氢设备的诊断分析技术190
8.1电化学方法表征极化损失190
8.1.1极化损失的概念190
8.1.2极化曲线191
8.1.3电化学阻抗谱193
8.1.4循环伏安法199
8.1.5线性扫描伏安法201
8.2物理表征与原位电化学表征203
8.2.1物理表征203
8.2.2原位电化学表征205
8.3电解水制氢设备失效及衰减诊断208
8.3.1电解水制氢设备失效的类型208
8.3.2电解水制氢设备的衰减机制209
8.3.3电解水制氢设备失效的诊断方法209
8.3.4电解水制氢设备失效后的维护与修复210
8.4总结210
〉〉〉第9章未来展望212
9.1电解水制氢技术的比较212
9.2技术发展状况和主要制造商213
9.2.1碱性电解水制氢213
9.2.2PEM电解水制氢214
9.2.3固体氧化物电解水制氢216
9.2.4阴离子交换膜电解水制氢217
9.2.5微生物电解水制氢219
9.3材料和系统路线图规范220
9.3.1碱性电解水制氢220
9.3.2PEM电解水制氢223
9.3.3固体氧化物电解水制氢（SOEC）224
9.3.4阴离子交换膜电解水制氢（AEMWE）225
9.3.5微生物电解水制氢（MEC）227
9.4未来应用展望228
9.5总结229
〉〉〉参考文献231
前言
〉〉〉第1章电解水制氢简介1
1.1引言1
1.2制氢方式简介2
1.2.1煤制氢3
1.2.2天然气制氢4
1.2.3工业副产氢4
1.2.4电解水制氢5
1.2.5其他制氢方式6
1.3电解水制氢发展历史7
1.4电解水制氢的潜在应用和市场9
1.5总结10
〉〉〉第2章电化学基本原理11
2.1电化学与化学反应概述11
2.2电解水制氢的电化学反应原理12
2.3电化学的基础：科学单位、常数、基本定律13
2.4法拉第定律18
2.5反应物利用率的评价20
2.6电解水制氢设备的基本组成21
2.7总结27
〉〉〉第3章电解水的热力学30
3.1热力学参数30
3.2生成热、显焓、潜热39
3.3非反应物和混合物焓变的确定41
3.4反应物质和混合物焓变的确定44
3.5焓湿学：湿空气混合物热力学49
3.6电解水制氢的热力学效率52
3.7总结53
〉〉〉第4章电解水制氢的性能表征56
4.1极化曲线56
4.2活化极化58
4.2.1Butler-Volmer动力学模型62
4.2.2Butler-Volmer模型的简化68
4.2.3Langmuir动力学模型和Tekmin动力学模型71
4.3欧姆极化73
4.4浓差极化79
4.5其他极化损失82
4.6极化曲线模型总结85
4.7总结86
〉〉〉第5章质子交换膜电解水制氢90
5.1引言90
5.2PEM电解水制氢原理91
5.3PEM电解水制氢设备的描述92
5.3.1电解池组件92
5.3.2膜电极组件93
5.3.3气体扩散层95
5.3.4双极板96
5.3.5垫片97
5.4PEM电解水制氢的电化学性能97
5.4.1极化曲线97
5.4.2单电极的表征99
5.4.3电荷密度和电极表面粗糙度100
5.4.4交流阻抗表征法102
5.4.5高压电解水和交叉渗透现象104
5.4.6耐用性问题:退化机制和缓解策略108
5.5电解水制氢电堆109
5.5.1不同的堆叠配置结构109
5.5.2PEM电解水制氢电堆的设计110
5.5.3堆叠性能111
5.5.4诊断工具和维护112
5.6制氢厂的调试与气体管控113
5.6.1简述113
5.6.2成本分析113
5.7主要供应商、商业发展和应用115
5.7.1商业地位115
5.7.2市场和应用116
5.8局限性、挑战和前景116
5.8.1用非贵金属电催化剂替代铂117
5.8.2用非贵金属电催化剂替代铱合金118
5.8.3用于在更高温度下运行的新型聚合物质子导体118
5.8.4在高电流密度下运行119
5.8.5在高压力下操作119
5.9总结120
〉〉〉第6章碱性电解水制氢技术124
6.1导言和历史背景124
6.2碱性电解池126
6.2.1简述126
6.2.2电解质127
6.2.3电极和催化剂128
6.2.4隔膜/分离器132
6.3碱性电解池的电化学性能134
6.3.1性能比较134
6.3.2升温运行136
6.3.3加压运行138
6.4主要供应商、商业发展和应用141
6.4.1碱性电解池应用市场141
6.4.2商用碱性电解池设计145
6.4.3新型碱性电解池设计149
6.5总结152
〉〉〉第7章其他电解水制氢154
7.1固体氧化物电解水制氢154
7.1.1引言154
7.1.2固体氧化物电解水154
7.1.3固体氧化物电解池组成156
7.1.4高温蒸汽电解158
7.1.5固体氧化物电解池的材料162
7.1.6总结171
7.2阴离子交换膜(AEM)电解水制氢171
7.2.1工作原理171
7.2.2阴离子交换膜组件172
7.2.3AEM电堆的种类176
7.2.4总结177
7.3微生物电解水制氢177
7.3.1引言177
7.3.2微生物电解水工作原理177
7.3.3化学计量学和能量学178
7.3.4微生物电解池组件178
7.3.5微生物电解池系统中影响产氢的因素186
7.3.6微生物电解池系统性能评估187
7.3.7总结189
〉〉〉第8章电解水制氢设备的诊断分析技术190
8.1电化学方法表征极化损失190
8.1.1极化损失的概念190
8.1.2极化曲线191
8.1.3电化学阻抗谱193
8.1.4循环伏安法199
8.1.5线性扫描伏安法201
8.2物理表征与原位电化学表征203
8.2.1物理表征203
8.2.2原位电化学表征205
8.3电解水制氢设备失效及衰减诊断208
8.3.1电解水制氢设备失效的类型208
8.3.2电解水制氢设备的衰减机制209
8.3.3电解水制氢设备失效的诊断方法209
8.3.4电解水制氢设备失效后的维护与修复210
8.4总结210
〉〉〉第9章未来展望212
9.1电解水制氢技术的比较212
9.2技术发展状况和主要制造商213
9.2.1碱性电解水制氢213
9.2.2PEM电解水制氢214
9.2.3固体氧化物电解水制氢216
9.2.4阴离子交换膜电解水制氢217
9.2.5微生物电解水制氢219
9.3材料和系统路线图规范220
9.3.1碱性电解水制氢220
9.3.2PEM电解水制氢223
9.3.3固体氧化物电解水制氢（SOEC）224
9.3.4阴离子交换膜电解水制氢（AEMWE）225
9.3.5微生物电解水制氢（MEC）227
9.4未来应用展望228
9.5总结229
〉〉〉参考文献231
