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氫能利用關鍵技術系列--氫能材料 版權信息
- ISBN：9787122460035
- 條形碼：9787122460035 ; 978-7-122-46003-5
- 裝幀：精裝
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
氫能利用關鍵技術系列--氫能材料 本書特色
1.內容豐富——《氫能材料》是我國氫能材料方面的專著，按照氫能利用的流程制備-儲存-輸運-加注-應用等過程中的關鍵材料，對各個過程中的材料進行了全面闡述，包括研究進展和關鍵材料的制備與應用，內容全面，覆蓋面廣。
2.作者行業影響力大——本書由北京大學李星國教授領銜編著，李教授長期從事材料與氫能的研究工作，組織的團隊均為我國各個領域有積累的專家。
3.氫能相關材料——除了氫能關鍵過程中的材料外，還對研究中相關的材料，如材料中的氫，氫氣純化材料，臨氫材料，氫能傳感器材料，氫環境中的材料安全，氫能輔助材料等進行了專門闡述，全景式闡述了氫能材料的現狀、應用與發展，可參考性強。
氫能利用關鍵技術系列--氫能材料 內容簡介
在碳減排的大潮下，氫能受到廣泛關注。氫能產業鏈中各領域都會使用不同的材料，要求它們具有相應的性能。氫能產業與材料密切相關，理解材料中的氫，掌握材料制備和性能調控技術決定著氫能產業的發展。 《氫能材料》第1、2章介紹了氫氣基本特性和氫能產業鏈中的設備及相關材料。為了便于讀者理解氫與材料的相互作用，第3章特別介紹了金屬、陶瓷和有機物等材料中的氫溶入、氫狀態、氫行為以及對材料性能的影響。第4~8章介紹了氫氣制備、純化、儲存和輸運領域的相關材料。第9~14章介紹了燃料電池、加氫站、氫氣傳感器、氫冶金、氫安全等氫能應用領域中的關鍵材料。本書不僅介紹了材料的設計和制備、性能表征和調控方法，而且介紹了一些關鍵材料的生產廠家、型號和特性、存在的問題和發展動態，可使讀者較全面和深入地認識氫能相關材料。 本書可供能源、交通、石油、化工、電子、冶金、宇航等領域與氫能源使用和研究相關的學生、研究者、工程技術人員、科研管理人員參考使用。
氫能利用關鍵技術系列--氫能材料氫能利用關鍵技術系列--氫能材料 前言
能源的使用歷經三次革命。**次以蒸汽機的發明和應用為代表，第二次以內燃機和電的發明及應用為代表，這兩次能源革命都是以煤炭、石油和天然氣等化石能源為主。第三次則是以風、光發電為主的綠色新能源的開發和應用，逐步實現“非化石能源對化石能源的替代”。化石燃料作為傳統能源，問題已經浮現，二氧化碳排放激增，極端天氣也越來越多，由此引發了第三次能源革命。第三次能源革命的關鍵是清潔能源、儲能、智能化。氫能作為一種熱值高、污染小、可由水制取、資源豐富的清潔能源，在“雙碳”目標大背景下，為各行業脫碳提供了重要途徑，被視為21世紀*具發展潛力的清潔能源和解決3E（能源安全、環境清潔和經濟成長）問題的新途徑。
人類能源使用從木炭、煤炭、重油、輕油逐漸變遷到甲烷和氫氣，變化特點是這些碳氫化合物中碳越來越少、氫越來越多，終極階段是純氫。氫氣具有獨特的物理和化學性質，有電的地方就能用氫，有碳減排的地方就有氫能應用的機會。氫能利用可以獲得其他技術難以獲得的效果，如氫儲能是長周期、大規模可再生能源的*佳儲能方式，可再生能源制成氫能之后能儲存任何期限，可以應對以周、月、季和年為單位的用電負荷周期性變化。目前氫能的應用已經滲透到傳統能源的各個方面，主要應用在交通和工業領域，同時，氫能在建筑、發電、軍事等領域也有廣泛應用。
氫能利用關鍵技術系列--氫能材料 目錄
第1章 氫氣的基本特性 1
1.1 氫的形成、存在和發現 1
1.1.1 氫在宇宙中的分布 1
1.1.2 氫氣的發現 4
1.2 氫原子及同位素 6
1.2.1 氫原子 6
1.2.2 氫的同位素 7
1.2.3 核聚變反應的原理 9
1.3 氫分子的結構及物理性質 13
1.3.1 H2 的結構 13
1.3.2 H2 的核自旋異構體 14
1.3.3 氣態氫氣 15
1.3.4 氣體方程 18
1.3.5 液態氫和固態氫 21
1.3.6 金屬氫 22
1.4 氫的化學性質 23
1.4.1 氫原子的電子結構和成鍵特征 23
1.4.2 氫的化學反應 24
1.4.3 氫化物 27
1.5 氫氣的能量 32
1.5.1 氫氣的高熱值和低熱值 32
1.5.2 與液態燃料的比較 35
1.5.3 世界各國對氫氣能量的研究動態 37
1.5.4 推動氫能發展的四個因素 40
1.6 氫氣與材料的相關性 41
1.6.1 制氫新材料 42
1.6.2 氫氣分離和提純新材料 43
1.6.3 氫氣儲運新材料 44
1.6.4 氫能利用領域的新材料 46
參考文獻 48
第2章 氫能產業裝備與材料 50
2.1 氫能主要應用場景 50
2.1.1 工業 50
2.1.2 交通 52
2.1.3 發電 54
2.1.4 建筑 55
2.2 裝備與材料 56
2.2.1 制氫領域 56
2.2.2 氫儲運領域 73
2.2.3 氫加注領域 79
2.2.4 氫能應用領域 85
參考文獻 93
第3章 材料中的氫 94
3.1 金屬中的氫 95
3.1.1 氫進入金屬的過程和在金屬中的狀態 95
3.1.2 氫在金屬中的固溶位置 97
3.1.3 金屬中的氫固溶度 101
3.1.4 金屬中的氫固溶焓 105
3.1.5 金屬-氫相圖 106
3.1.6 氫在金屬中的擴散 108
3.1.7 充氫和氫氣的檢測方法 113
3.1.8 氫對金屬性能的影響 118
3.2 陶瓷中的氫 119
3.2.1 氫在陶瓷中的侵入和擴散 119
3.2.2 質子傳導陶瓷材料 120
3.2.3 氧化物質子傳導機制 122
3.2.4 質子陷阱 124
3.2.5 質子陶瓷燃料電池 125
3.3 有機材料中的氫 127
3.3.1 聚合物膜的氫氣滲透 127
3.3.2 氫燃料電池質子交換膜 129
3.3.3 PEM 的種類和質子傳遞機理 134
3.3.4 PEM 存在的問題 139
3.3.5 有機液體儲氫 141
參考文獻 142
第4章 氫氣制備中的材料 146
4.1 甲烷重整或分解制氫中的材料 146
4.1.1 甲烷的蒸汽重整反應 146
4.1.2 甲烷的催化分解 152
4.2 電解水制氫中的材料 155
4.2.1 堿性電解池 155
4.2.2 質子交換膜電解池 155
4.2.3 氫氧根交換膜電解池 164
4.3 生物質制氫中的材料 172
4.3.1 生物質通過熱化學轉化制氫 172
4.3.2 生物發酵制氫的過程與材料 175
4.4 光電化學池水分解 176
4.4.1 光電化學池水分解的基本過程 176
4.4.2 用于光電化學池水分解的金屬氧化物光電極 178
4.5 太陽能熱化學制氫中的材料 185
參考文獻 187
第5章 氫氣分離及相關材料 198
5.1 氫氣分離與純化 198
5.1.1 氫氣應用的兩種形式——混氫和純氫 198
5.1.2 不同制氫方法的含氫量 199
5.1.3 不同應用場合對氫的要求 200
5.2 氫氣的過濾及過濾材料 203
5.2.1 氣體的過濾 203
5.2.2 氣體過濾機理 203
5.2.3 氫氣過濾材料 204
5.3 氫氣純化方法 211
5.3.1 純化方法的種類 211
5.3.2 溶液吸收法 213
5.3.3 催化反應法 215
5.3.4 低溫分離法 216
5.3.5 吸附法（選擇吸附法） 216
5.3.6 膜分離法 219
5.3.7 金屬氫化物分離法 220
5.3.8 幾種氫氣分離方法的比較 220
5.4 變壓吸附法原理和工藝 223
5.4.1 國內外研究現狀 224
5.4.2 吸附現象與PSA 原理 225
5.4.3 變壓吸附法的工藝 227
5.4.4 多床變壓吸附法 228
5.5 吸附劑材料 230
5.5.1 選擇性吸附機理 231
5.5.2 吸附劑的種類 232
5.5.3 活性炭 234
5.5.4 分子篩（沸石） 240
5.5.5 硅膠 251
5.5.6 活性氧化鋁 255
5.5.7 金屬有機框架化合物吸附劑 259
5.5.8 不同吸附劑的性能比較 262
5.5.9 吸附劑再生及在低溫和中溫下的變壓吸附 264
5.6 氫氣的膜分離及材料 271
5.6.1 膜分離種類和機理 271
5.6.2 金屬（合金）膜 276
5.6.3 無機非金屬膜 286
5.6.4 有機膜 289
5.6.5 多層復合膜氫分離 294
5.6.6 多種氫分離膜的比較 295
5.7 金屬氫化物純化法 296
5.8 氫氣同位素分離 298
5.8.1 氫同位素的特性 298
5.8.2 氫同位素的分離濃縮 300
5.8.3 常見的氫同位素的分離方法 302
5.8.4 氫同位素分離材料 304
5.8.5 核聚變和氚的回收 314
參考文獻 319
第6章 儲氫材料 323
6.1 物理吸附儲氫材料 324
6.1.1 碳基材料 325
6.1.2 金屬有機框架材料 327
6.1.3 共價有機框架材料 330
6.1.4 多孔有機聚合物材料 330
6.1.5 沸石 331
6.2 金屬儲氫材料 332
6.2.1 稀土系儲氫材料 334
6.2.2 Mg 系儲氫材料 339
6.2.3 Ti 系儲氫材料 343
6.2.4 V 基固溶體系儲氫材料 350
6.2.5 Zr 系儲氫材料 354
6.3 無機非金屬儲氫材料 357
6.3.1 金屬鋁氫化物 359
6.3.2 金屬硼氫化物 363
6.3.3 金屬氮氫化物 366
6.3.4 氨硼烷儲氫材料 370
6.4 液態有機氫載體 374
6.4.1 液態有機氫載體概述 374
6.4.2 液態有機氫載體研究現狀 377
6.5 其他儲氫材料（技術） 381
6.5.1 高熵合金儲氫 381
6.5.2 液氨 386
6.5.3 水合物儲氫技術 391
6.5.4 玻璃微球儲氫材料 395
6.5.5 地下儲氫 399
參考文獻 403
第7章 高壓氫氣容器、管道及材料 414
7.1 氫氣壓縮特性和密度變化 414
7.1.1 概述 414
7.1.2 氫氣壓縮特性 414
7.1.3 氫氣壓縮過程的密度變化 416
7.2 工業氫氣鋼瓶 420
7.2.1 概述 420
7.2.2 結構、材料及發展現狀 420
7.3 道路輸氫設備 422
7.3.1 概述 422
7.3.2 分類 423
7.3.3 氣瓶材料 425
7.3.4 道路輸氫的安全性分析 430
7.4 大型高壓儲氫罐 431
7.4.1 概述 431
7.4.2 單層鋼質高壓儲氫罐 432
7.4.3 多層鋼質高壓儲氫罐 433
7.5 高壓輸氫管道 437
7.5.1 概述 437
7.5.2 分類及用途 437
7.5.3 管道材料 438
7.5.4 各國建設情況及技術水平 441
7.6 車載高壓鋼瓶 444
7.6.1 概述 444
7.6.2 全金屬儲罐（Ⅰ型） 444
7.6.3 金屬內膽纖維環向纏繞儲罐（Ⅱ型） 445
7.6.4 金屬內膽纖維全纏繞儲罐（Ⅲ型） 445
7.6.5 非金屬內膽纖維全纏繞儲罐（Ⅳ型） 447
7.6.6 全復合材料的無內膽儲罐（V 型） 451
參考文獻 452
第8章 液氫容器和設備及關鍵材料 453
8.1 液態氫的生產 453
8.1.1 Linde-Hampson 效應 453
8.1.2 Claude 循環 454
8.1.3 布雷頓循環 456
8.1.4 正-仲氫轉化 456
8.1.5 液化的效率和現在的生產水平 458
8.2 液氫容器及相關材料 459
8.2.1 液氫容器類型 459
8.2.2 液氫容器材料 461
8.2.3 液氫容器應用場景 464
8.3 液氫泵及關鍵材料 467
8.3.1 液氫泵概述 467
8.3.2 液氫泵熱力學充填模型 468
8.3.3 液氫泵關鍵材料 470
8.4 液氫閥門、儀表及相關材料 471
8.4.1 液氫閥門及相關材料 471
8.4.2 液氫儀表及相關材料 475
8.5 其他相關材料 478
參考文獻 479
第9章 燃料電池中的材料 481
9.1 燃料電池簡介 481
9.1.1 工作原理及發展歷史 481
9.1.2 燃料電池的分類 484
9.1.3 燃料電池的基本構造 490
9.1.4 燃料電池系統及其應用 492
9.1.5 燃料電池中的材料 495
9.2 中低溫燃料電池中的電解質材料 496
9.2.1 質子交換膜 496
9.2.2 高溫質子交換膜 501
9.2.3 DMFC 中的質子交換膜 504
9.2.4 AFC 中的電解質 509
9.2.5 電極和電催化劑 514
9.3 氣體擴散層 526
9.4 雙極板 529
9.4.1 雙極板材料 529
9.4.2 雙極板的流場設計 533
9.5 固體氧化物燃料電池中的材料 535
9.5.1 固體氧化物電解質 535
9.5.2 電極 539
參考文獻 542
第10章 加氫站中的關鍵設備材料 544
10.1 加氫站概述 544
10.2 隔膜壓縮機 548
10.2.1 膜片材料 551
10.2.2 柱塞系統材料 558
10.2.3 螺栓材料 563
10.2.4 氣缸以及配氣盤材料 569
10.2.5 密封材料 572
10.3 加氫機 582
10.3.1 閥門材料 585
10.3.2 加氫機軟管材料 593
10.4 加氫站高壓管路材料 596
10.5 加氫站的儲罐材料 599
10.5.1 加氫站中氣態氫儲罐材料 600
10.5.2 加氫站中液態氫儲罐材料 602
10.6 本章總結 605
參考文獻 606
第11章 氫氣傳感器材料 609
11.1 氫氣傳感器基本原理、敏感材料及種類 609
11.1.1 氫氣傳感器基本原理 609
11.1.2 氫氣傳感器敏感材料 609
11.1.3 氫氣傳感器的種類 610
11.2 半導體型氫氣傳感器 612
11.2.1 傳感器原理和結構 612
11.2.2 敏感材料及發展現狀 613
11.3 催化型傳感器 618
11.3.1 傳感器原理和結構 618
11.3.2 敏感材料及發展現狀 618
11.4 電化學型傳感器 619
11.4.1 傳感器原理和結構 619
11.4.2 敏感材料及發展現狀 620
11.5 熱導型氫氣傳感器 621
11.6 光學型傳感器 621
11.6.1 傳感器原理和結構 621
11.6.2 敏感材料及發展現狀 624
11.7 聲學型傳感器 637
參考文獻 638
第12章 氫冶金和氫還原 645
12.1 氫冶金的發展 645
12.2 直接還原鐵 648
12.2.1 氫氣直接還原鐵 648
12.2.2 氣基直接還原鐵工藝 650
12.3 直接還原鐵的機理和特點 656
12.3.1 氫基豎爐內主要反應 656
12.3.2 氫還原鐵的特點 656
12.3.3 直接還原鐵成品的性能分析 658
12.4 常規高爐的氫冶金 660
12.4.1 高爐富氫冶煉技術開發 660
12.4.2 高爐氫冶金 661
12.4.3 混氫冶金和全氫冶金 662
12.4.4 熔鹽中的直接還原 664
12.5 氫還原熱力學和動力學 665
12.5.1 O2 分壓和H2 O 分壓的影響 665
12.5.2 氫直接還原熱力學 667
12.5.3 CO 或H2 還原的區別 671
12.5.4 氫還原和鐵的形成過程 673
12.6 氫等離子體還原 676
12.6.1 兩種還原模式 676
12.6.2 氫等離子體熔煉還原 678
12.6.3 微波輔助低溫氫等離子體 681
12.7 有色金屬氧化物的氫直接還原 683
12.7.1 氧化鎢還原 683
12.7.2 氧化鉬還原 684
12.7.3 鎳氧化物還原 685
12.7.4 稀有金屬氧化物 686
12.7.5 氫輔助鎂熱還原TiO2 687
12.7.6 氫等離子體在金屬氧化物還原中的應用 689
12.8 氫冶金的研究動態 690
12.8.1 日本和韓國 692
12.8.2 歐洲 694
12.8.3 美國 695
12.8.4 中國 696
12.8.5 氫冶金的發展和面臨的問題 698
12.9 氫氣在其他材料制備領域的應用 699
12.9.1 氫氣氛下材料熱處理和燒結 699
12.9.2 超高純多晶硅的制備 702
12.9.3 氫致金屬非晶化 704
12.9.4 氫致歧化和HDDR 706
參考文獻 710
第13章 其他與氫相關材料 716
13.1 生物學氫材料 716
13.1.1 生物醫學 716
13.1.2 農學 723
13.2 保健相關氫材料 724
13.2.1 水素水（富氫水） 724
13.2.2 吸氫機 725
13.2.3 其他類型氫產品 726
13.3 軍用含能材料 726
13.3.1 三氫化鋁 727
13.3.2 鎂基儲氫材料 731
13.3.3 其他儲氫材料 732
參考文獻 732
第14章 氫環境下的材料安全 735
14.1 臨氫材料的安全問題 735
14.1.1 氫氣的安全性 735
14.1.2 材料的安全性 737
14.2 材料機械性能和破壞 738
14.2.1 材料的變形和斷裂破壞 738
14.2.2 磨損、時效、蠕變和疲勞破壞 739
14.3 腐蝕引起的破壞 741
14.3.1 根據腐蝕機理分類 741
14.3.2 根據腐蝕形態分類 742
14.3.3 氫損傷 744
14.4 材料的氫脆 748
14.4.1 氫脆現象 748
14.4.2 氫脆的種類 749
14.4.3 氫在金屬中的存在狀態 751
14.4.4 氫脆機理 754
14.4.5 不同材料的氫脆 758
14.4.6 常涉及氫脆的一些場合 775
14.4.7 氫脆的預防 777
14.5 氫氣泄漏和密封材料 778
14.5.1 高壓氫氣泄漏 779
14.5.2 氫氣泄漏與密封材料損壞 780
14.5.3 密封材料 782
14.5.4 氣密性的檢測方法 787
14.6 高壓氫氣與材料破壞 788
14.6.1 一般工業鋼瓶 788
14.6.2 高壓氫氣復合容器 789
14.6.3 高壓儲氫容器的安全檢測 791
14.7 液態氫氣與材料低溫冷脆 793
14.7.1 液態氫氣及安全 793
14.7.2 冷卻氫氣的特性 795
14.7.3 材料的低溫冷脆 796
14.7.4 液氫使用時的材料選擇 799
14.8 儲氫材料的安全問題 799
14.8.1 金屬氫化物的著火和燃燒 799
14.8.2 粉塵爆炸的危險性 800
14.8.3 高溫引起的高壓 802
參考文獻 802
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