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| 編輯推薦： |
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1.本书系统性地梳理了从基础原理、衰减机理到各类电化学/物理表征、性能寿命测试及故障诊断的全套技术流程。书中不仅详解了极化曲线、EIS等核心方法的原理，更提供了详实的测试案例与数据分析，直击研发与工程应用中的痛点。2.在当前燃料电池商业化攻坚克难的关键时期，本书的出版恰逢其时。它直面行业核心挑战——耐久性、可靠性与成本，并提供了从衰减机理研究到寿命预测模型的一整套解决方案。书中对加速测试方法、多工况寿命退化分析和模型驱动预测技术的创新性探讨，为行业缩短研发周期、优化产品设计指明了方向。3.本书由浅入深，内容覆盖从微观机理到宏观系统，从基础方法到前沿预测技术，将理论与实践的紧密结合，不仅讲清“为什么”，更详解“怎么做”，辅以大量来自国家燃料电池技术创新中心的一手案例与数据。? 系统讲解结构、原理与衰减机理? 详解电化学/物理表征与性能测试方法? 创新性探讨寿命预测与加速测试技术
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| 內容簡介： |
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本书系统介绍了燃料电池的结构、工作原理及衰减机理，并按照燃料电池开发的技术流程，分章详细讲解了电化学与物理表征方法、性能与寿命测试技术以及故障诊断等关键环节的操作方法与原理，分析了需要解决的关键问题，最后还展望了燃料电池技术的实际应用方向。为满足不同层次读者的需求，本书不仅涵盖了表征方法和工具，还提供了详细的案例研究和试验数据。本书适合于质子交换膜燃料电池生产、测试、应用相关的科研人员和工程师阅读参考，也可供相关专业的高校师生研究学习。
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| 關於作者： |
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?李冰?，同济大学汽车学院研究员、博士生导师，长期从事能源材料与燃料电池技术的教学科研工作。
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| 目錄：
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前 言第1章 概述 11.1 燃料电池发展现状与前景 11.2 氢燃料电池结构及其工作原理 31.3 氢燃料电池堆关键组件及其衰减机理 51.3.1 膜电极衰减 51.3.2 双极板衰减 81.3.3 密封件衰减 91.3.4 电堆结构对衰减的影响 9参考文献 10第2章 电化学表征方法及原理 122.1 极化曲线原理及方法 122.2 循环伏安法原理及方法 142.3 线性扫描伏安原理及方法 172.4 电化学阻抗谱原理及方法 182.4.1 频域分析法 182.4.2 时域分析法 222.4.3 阻抗机理模型法 25参考文献 28第3章 物理表征方法及示例介绍 293.1 几何表征 303.1.1 扫描电子显微镜 303.1.2 透射电子显微镜 313.1.3 原子力显微镜 323.1.4 MIP/BET 333.2 成分分析 363.2.1 EDS 363.2.2 XPS 383.2.3 拉曼光谱仪 393.3 晶相识别 41参考文献 43第4章 发电测试类方法 444.1 燃料电池堆活化原理及测试方法 444.1.1 燃料电池活化简介 444.1.2 PEMFC活化机理 454.1.3 PEMFC活化工艺 494.2 启动特性简介及测试方法 614.2.1 引言 614.2.2 三类不同严酷程度的启动模式 644.2.3 燃料电池冷启动 684.3 电堆耐久性测试流程及方法 764.3.1 电堆耐久性测试简介 764.3.2 工况提取 784.3.3 稳态、定态及动态操作条件标定与优化 994.3.4 动态工况操作边界确认 1044.3.5 可逆性衰减恢复策略 1234.3.6 数据监测与解析实例 126参考文献 134第5章 DV验证类测试 1375.1 机械振动和冲击测试 1375.2 气密性与压力测试 1385.2.1 保压测试 1385.2.2 泄漏量测试 1395.2.3 易燃气体浓度测试 1405.2.4 允许工作压力测试 1405.2.5 压力差测试 1415.3 用电安全测试 1415.3.1 绝缘测试 1425.3.2 耐高压测试 1435.3.3 接地保护测试 1435.3.4 电气过载测试 1445.4 高低温储存测试 1445.5 防水防尘测试 145第6章 燃料电池的寿命预测技术 1476.1 简介 1476.2 机理模型 1496.2.1 构建与验证燃料电池寿命预测模型 1496.2.2 小结 1676.3 混合模型 1686.3.1 寿命预测的混合模型建立 1686.3.2 结果与讨论 1776.3.3 小结 183参考文献 184第7章 实际应用与测试案例分析 1867.1 快速活化工艺研究案例 1867.1.1 三节短堆综合活化法测试 1867.1.2 370节电堆活化测试 1907.1.3 小结 1937.2 电堆动态工况耐久性分析案例 1947.2.1 10kW金属板电堆耐久性验证 1947.2.2 30kW系统耐久性验证 2017.2.3 发动机寿命分析 2087.3 基于电堆耐久的GDL特性衰减和传质劣化分析案例 2127.3.1 阴极GDL特性衰减和传质行为劣化 2137.3.2 阳极GDL特性衰减导致的电堆性能演变 2287.3.3 小结 2447.4 基于电堆耐久的PEM特性衰减和氢渗失效分析案例 2457.4.1 电堆整体性能表征 2467.4.2 膜电极表征与分析 2497.4.3 小结 2537.5 新型碳壳限域铂基合金催化剂设计合成与测试分析案例 2547.5.1 碳壳限域对合金结构形态及氧还原性能的影响 2547.5.2 单电池性能分析 2677.5.3 小结 269参考文献 270
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近年来，氢燃料电池，尤其是质子交换膜燃料电池，在移动交通和固定发电领域取得了重大技术突破，逐渐成为替代传统内燃机、助力节能减排、减少对海外原油依赖的重要选择。然而，氢燃料电池的商业化应用仍面临耐久性不足、可靠性较低和成本偏高等挑战，尤其是在汽车领域中，燃料电池的耐久性直接决定其商业化进程。燃料电池系统的寿命是其性能和经济可行性的关键指标，因此提升燃料电池寿命成为加速其在商用车领域推广的核心课题。这一目标要求从催化剂、膜电极、电堆到整体系统的各个层级开展表征与测试技术的深入研究，以提高其可靠性与使用寿命。氢燃料电池的寿命研究包括衰减机理、可靠性、寿命预测以及工况模拟等方面。目前我国在燃料电池寿命测试、预测及优化控制方面的研究相对滞后，尤其在耐久性和寿命加速测试方法领域亟待进行深入探索。针对燃料电池系统性能衰减的复杂性和台架测试的高成本，本书旨在提供更高效的加速测试方法、故障诊断与寿命预测的科学路径，以实现性能优化和耐久性提升。为此，本书将从单电池特征工况下的衰减行为与抑制方法着手，结合多动态工况中的控制参数与操作条件优化，开展不同层级的燃料电池堆耐久性测试，以揭示其老化规律和主要衰减机理。基于极化分解与老化参数的变化趋势，本书构建了包含电堆物理失效模式的寿命预测模型，并通过整堆/系统的长周期耐久性测试对预测模型进行多样本验证。通过对这些方法和模型的系统分析与应用，本书将为燃料电池在多领域的可靠应用提供坚实的技术支持与理论依据。本书为科研工作者、高校师生、工程师、企业人员以及与质子交换膜燃料电池生产、测试、应用相关的研究和工作人员，尤其是关注质子交换膜燃料电池表征方法、性能评估以及测试技术的人员提供了全面的燃料电池测试表征方法与指导，不仅是了解和学习相关技术原理的重要参考书，还可作为燃料电池研发、生产、质检、优化等环节的参考工具书。本书结合材料科学、电化学、机械工程等多个学科，为质子交换膜燃料电池研究提供了全面的测试表征方法，并对燃料电池在核心部件设计、控制策略和应用场景下的性能表现进行深入解析。本书详细介绍了不同耐久性测试工况的设计及其在燃料电池性能和寿命评估中的应用。长时间道路耐久性测试，对于分析质子交换膜燃料电池在实际运行条件下的寿命退化具有重要意义。本书创新性地探讨了在不同控制策略、工况和应用场景下的燃料电池性能衰减规律，从而为燃料电池寿命的预测提供了科学依据。针对现阶段燃料电池大规模应用的耐久性差与可靠性不足问题，本书通过多学科视角，提出了加速退化模型及多工况寿命退化分析框架，用以区分可逆和不可逆的性能衰减，能够更快速、更有效地获取燃料电池在多样工况下的寿命数据，优化燃料电池设计与应用。本书深入探讨了基于模型驱动的寿命预测技术。通过对PEMFC失效机理、材料特性及工况的综合分析，构建数学模型来实现对燃料电池寿命的预测。这种方法对于输入数据要求较低，仅需少量数据即可进行预测，适用于科学研究及实际应用，能够显著推动燃料电池寿命管理与可靠性提升。本书共7章。第1章从燃料电池研究现状与发展前景讲起，对电池结构、工作原理以及关键组件衰减机理进行了概述。第2章介绍了电化学表征方法及原理，包括极化曲线法、循环伏安法、线性扫描法、电化学阻抗谱。第3章从几何表征、成分分析和晶相识别三个方面介绍了燃料电池物理表征方法及其示例。第4章对燃料电池堆活化、启动特性、电堆耐久性测试方法及测试流程进行讲解。第5章为DV验证类测试简介，包括机械振动和冲击、气密性与压力、用电安全、高低温储存以及防水防尘测试等。第6章讲解了燃料电池寿命预测技术，并通过寿命预测模型开展燃料电池寿命预测。第7章为燃料电池测试表征技术在实际案例中的应用与分析。本书由李冰、楚天阔、明平文、潘凤文共同著写。在本书著写过程中，感谢国家燃料电池技术创新中心的工程技术人员在项目合作过程中给予的支持。在本书创作过程中，非常感谢我们的学生肖燕、周英健、胡怡、方继冲、卢显言、侯绪凯，他们为书稿付出了很多心血，为书稿的整理、内容的校正提供了很大的帮助，在这里向大家表示衷心的感谢。由于著者水平有限，本书存在的错误及不当之处在所难免，恳请读者提出宝贵建议和意见，以便重印或修订时修正。著 者
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