Polymer Electrolyte Fuel Cell Durability pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:

作者:Buchi, Felix N. (EDT)/ Inaba, Minoru (EDT)/ Schmidt, Thomas J. (EDT)

出品人:

页数:528

译者:

出版时间:2009-2

价格:$ 168.37

装帧:

isbn号码:9780387855349

丛书系列:

图书标签:

Polymer Electrolyte Fuel Cell
Durability
Fuel Cell
Electrochemical Degradation
Materials Science
Energy Conversion
Electrocatalysis
PEMFC
Lifetime Prediction
Corrosion

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具体描述

This book will cover one of the most important aspects of fuel cell research and development, fuel cell durability. The rather broad topic of fuel cell durability will be covered from different viewpoints. First, the durability and degradation issues of catalyst materials (both anode and cathode catalysts) will be described in individual contributions as well as stability aspects from carbon support materials. A following chapter is completely dedicated to important topics from membrane materials, i.e., chemical and physical degradation as well durability from newly developed hydrocarbon membranes. After discussion of stability and durability topics from gas diffusion layer materials and bipolar plate materials, a large part of the book will cover various aspects from membrane electrode assemblies, i.e., low and high temperature MEAs as well as DMFC MEAs. Since MEA Cost and Durability are heavily linked, this topic will be discussed one contribution. In the consecutive chapter on MEA and stack operation, the impact of contaminants (e.g. in the gas streams or water for humidification) on MEA and stack lifetime will be described. Furthermore, some information will be given on reliability and predictive testing of MEAs and stacks.

新材料的边界：高分子固态电解质在能源转化系统中的突破与挑战书籍概述本书系统性地探讨了面向下一代能源存储与转化设备——特别是那些依赖于高分子固态电解质（Polymer Solid Electrolytes, PSEs）作为核心传导介质的系统——在提升长期稳定性和工作寿命方面所面临的复杂科学与工程难题。我们聚焦于当前能源领域最迫切的需求：如何设计、合成并精确表征那些能够在严苛电化学循环和宽泛温度区间内保持高离子电导率、优异机械强度以及界面相容性的新型高分子基复合材料。本书不涉及聚合物电解质燃料电池（PEFC）的特定耐久性问题，而是将视角拓展到一系列利用高分子电解质作为关键功能层的电化学器件，例如锂离子固态电池（ASSLBs）、新一代金属空气电池以及基于离子导体的超级电容器。通过跨学科的视角，本书旨在为材料科学家、电化学工程师以及器件开发者提供一个前瞻性的框架，用以理解和攻克固态电解质体系的本征局限性。核心内容章节详述第一部分：高分子固态电解质的本征物理化学与输运机制本部分深入剖析了高分子基电解质中离子迁移的微观动力学。重点讨论了聚合物基体（如聚氧化乙烯、聚丙烯腈及其衍生物）的链段运动、自由体积理论与离子扩散系数之间的定量关系。我们详细考察了不同类型的盐（如锂盐、钠盐、钾盐）在不同聚合物宿主中的溶解、解离行为，以及溶剂化结构（Solvation Structure）如何影响有效载流子的浓度和迁移率。 1.1 链构效应对离子电导的影响：比较了线性链、交联网络和嵌段共聚物结构对玻璃化转变温度（$T_g$）和离子跳跃频率的调控作用。 1.2 界面与空间电荷效应：探讨了电极/电解质界面处空间电荷层的形成及其对宏观电导率的限制，特别是针对“死离子”现象的表征手段。 1.3 动态特性表征：介绍并批判性地评估了宽带介电谱（BDS）、核磁共振（NMR，特别是二维交换谱）和拉曼光谱在解析离子运动机制中的应用局限性。第二部分：界面工程与电极相容性挑战固态电解质体系的耐久性瓶颈往往集中在电解质与电极之间的接触质量。本部分着重研究如何通过表面改性和界面层设计来缓解这些问题。 2.1 固-固界面接触的优化：分析了不同加工方法（如热压、原位聚合）对界面结合能和有效接触面积的影响。讨论了如何利用高分子材料的柔韧性来克服电极体积变化带来的应力集中。 2.2 阻抗的动态演变：针对充放电循环中界面阻抗的持续增加现象，建立了描述界面反应动力学和电荷转移电阻演变的数学模型。 2.3 杂相和副反应的抑制：详细考察了高分子电解质与活性金属电极（如锂金属）接触时发生的化学不稳定性，特别是形成钝化层（SEI/CEI的固态对应物）的化学组成、结构形貌及其对长期循环稳定性的负面影响。第三部分：高分子电解质的机械稳定性与结构退化与液态电解质不同，固态电解质必须具备足够的机械性能来维持器件的结构完整性并抑制枝晶的生长。本部分关注材料本身的结构稳定性。 3.1 机械性能与离子传导的耦合：探讨了聚合物电解质作为“固体”缓冲层的双重角色，分析了杨氏模量、剪切模量与离子扩散的权衡取舍。 3.2 枝晶穿透机制的物理模型：针对锂、钠等金属沉积过程中形成的枝晶结构，建立了基于局部应力集中和电化学势梯度的穿透模型，并据此指导高模量聚合物的设计策略。 3.3 长期热稳定性与老化效应：评估了材料在长期工作温度（包括高温操作环境）下的热降解路径（如氧化、链断裂或交联）及其对电化学性能的累积损害，并提出了加速老化测试和寿命预测的先进方法。第四部分：新型功能化高分子电解质的合成策略本部分聚焦于前沿的研究方向，介绍如何通过分子设计来解决传统PSEs的固有缺陷。 4.1 复合型电解质的设计：阐述了引入无机纳米填料（如氧化铝、硅酸盐）或功能性有机片段（如离子液体基团）对提升电导率和机械性能的协同效应。重点讨论了填料的表面改性技术如何实现“通道效应”的构建。 4.2 固-固界面层作为“粘合剂”：探讨了原位聚合或紫外光固化技术在制造高度匹配的复合固态层中的应用，这些层不仅导电，还能提供优异的电极粘附力。 4.3 拓宽操作温度窗口的材料：介绍基于氟化聚合物或多网络（Interpenetrating Polymer Networks, IPNs）结构的新型电解质体系，旨在实现室温甚至低温下的高活性操作，从而摆脱对加热系统的依赖。总结与展望本书旨在揭示高分子固态电解质作为下一代高效能、高安全能源系统核心组分所必需具备的跨尺度性能要求。通过对微观动力学、界面化学和宏观机械性能的深入剖析，我们力图构建一个全面的理解体系，引导研究人员超越简单的性能提升，走向系统性的材料集成与结构优化，最终实现电化学器件的长期、可靠运行。目标读者：材料科学、化学工程、物理学、电子工程领域的高年级本科生、研究生以及专注于能源存储与转化技术研发的专业工程师和研究人员。