Materials for the Hydrogen Economy

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出版者:CRC
作者:Jones, Russell H. (EDT)/ Thomas, George J. (EDT)
出品人:
页数:352
译者:
出版时间:2007-12-22
价格:USD 139.95
装帧:Hardcover
isbn号码:9780849350245
丛书系列:
图书标签:
  • 能源
  • 纳米材料
  • Hydrogen economy
  • Materials science
  • Renewable energy
  • Energy storage
  • Electrocatalysis
  • Photocatalysis
  • Fuel cells
  • Hydrogen production
  • Nanomaterials
  • Sustainable energy
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具体描述

There are many technical challenges to making the hydrogen economy into a reality. "Materials for the Hydrogen Economy" provides an in-depth understanding of these challenges. Covering all seven of the current hydrogen production methods, this book describes the materials used in the production, distribution, storage, and utilization of hydrogen for transportation and energy production. It discusses hydrogen's effects on pipeline steels and workable rail and truck methods. It presents both on and off-board hydrogen storage methods and examines various potential energy uses. This text also explains the individual materials, methods, and sensors used for separating, sealing, and purifying hydrogen.

好的,这是一本名为《Materials for the Hydrogen Economy》的图书简介,但内容将完全围绕其他与氢能经济相关的材料科学、技术和应用,而非直接涉及您提到的特定书籍。 --- 新兴能源载体:面向可持续未来的先进材料与系统集成 书籍名称: 《面向可持续未来的先进材料与系统集成:超越传统边界的氢能应用探索》 作者: [此处可填写虚构的权威作者/编辑团队] 字数预估: 约 1500 字 --- 简介: 随着全球能源格局的深刻转型,氢气作为一种清洁、高效且储量丰富的能源载体,正日益成为实现深度脱碳目标的核心战略支柱。本书聚焦于驱动这场能源革命的物质基础——先进功能材料。我们旨在提供一个全面、前瞻且高度技术导向的综述,深入探讨支撑下一代氢能产业链各个环节的关键材料体系、制备挑战、性能优化及其在实际系统集成中的应用潜力。本书的视角超越了基础的电解水催化剂研究,涵盖了从绿色氢气的制备到安全储存、高效运输及终端应用的完整价值链。 本书的撰写逻辑严格遵循能源转化的物理化学路径,并强调材料科学在克服当前技术瓶颈中的决定性作用。我们相信,能否有效、经济、安全地利用氢能,其根本瓶颈在于能否设计出具有卓越性能和长久稳定性的功能材料。 第一部分:绿色氢气的制备前沿——电催化与光电化学的材料革新 本部分深入剖析了驱动“绿色氢气”(通过可再生能源电解水制得)大规模商业化的核心材料挑战。 第一章:先进电解槽技术中的非贵金属催化剂 传统上,析氧反应(OER)和析氢反应(HER)高度依赖于贵金属(如铱、铂)。本章系统回顾了在碱性、酸性和中性电解质环境中,用于替代贵金属的过渡金属氧化物、硫化物、磷化物及氮化物的最新进展。重点讨论了如何通过表面工程(如原子层沉积、界面调控)和缺陷工程来调控催化剂的电子结构,从而在不牺牲活性和选择性的前提下,大幅降低成本并提高催化剂的长期操作稳定性。 第二章:光催化与光电化学制氢的材料设计原理 本章探讨了利用太阳能直接驱动水分解的“人工光合作用”系统。内容细致地分析了半导体光吸收材料(如钙钛矿、III-V族化合物、以及新型碳化钨/氮化碳体系)的能带结构工程,以实现对太阳光谱的有效捕获。同时,本书详细论述了耦合高效分离电荷传输层与高活性催化位点的异质结结构设计,旨在解决光生载流子复合效率低下的核心难题。我们特别关注了在水相环境中,对腐蚀和光照稳定性具有极高要求的界面材料保护策略。 第二部分:储运技术的材料瓶颈——高密度、轻量化与安全性 氢气的低体积能量密度是制约其广泛应用的关键障碍。本部分致力于介绍革命性的储氢材料解决方案。 第三章:固态储氢材料的结构-性能关系 本章深入研究了化学载体(如金属氢化物、复杂硼氢化物、氨硼烷)和物理吸附材料(如金属有机框架(MOFs)、共价有机框架(COFs)、多孔碳材料)的热力学与动力学性能。重点分析了如何通过晶格工程和孔径调控来优化氢气的吸附/解吸温度和动力学速率,以满足车载和固定储能的实际需求。此外,本书还探讨了如何利用轻量化合金体系,如Mg基和Ti基氢化物,在保证安全性的同时,突破体积储氢密度100 g H₂/L 的关键阈值。 第四章:液态有机储氢(LOHCs)的催化剂与载体系统 作为一种高密度、常温常压下液态储存的替代方案,LOHCs系统依赖于高效、可逆的氢化/脱氢催化剂。本章详细对比了负载型贵金属催化剂(如Ru、Pd)在不同有机载体(如联苯/联环己烷、二苯甲酮/二苯甲醇)体系中的性能。内容侧重于开发具有高选择性、低活化能且易于回收的新型非贵金属或单原子催化剂,以降低脱氢过程的能耗和系统成本。 第三部分:终端应用中的功能材料——燃料电池与氢冶金 本书的最后一部分将目光投向氢能的终端利用设备,重点关注提升效率与耐用性的关键材料。 第五章:质子交换膜燃料电池(PEMFCs)的膜电极组件(MEA)优化 燃料电池的核心在于质子传导膜的性能。本章详述了全氟磺酸(PFSA)离聚物膜的化学改性和复合化技术,以在低湿度和高温(>80°C)操作条件下维持高质子电导率。同时,本书也对新型非氟化高分子电解质膜(如聚苯并咪唑PBI基、磷酸掺杂体系)的制备工艺和抗水管理能力进行了深入剖析。在催化层方面,侧重于研究高性能碳载体的抗氧化性能以及纳米催化剂的防团聚策略,以延长电池寿命。 第六章:固体氧化物燃料电池(SOFCs)与氢冶金的耐高温材料 针对高温运行的SOFCs,本章分析了电解质(如掺杂氧化钇的氧化锆YSZ)、阴极(如复合金属氧化物)和阳极材料(如镍-金属陶瓷基体Ni-SDC)的热膨胀匹配、界面阻抗控制及硫中毒耐受性。此外,本章还拓展至工业应用,讨论了在氢还原炼钢过程中,为应对极端温度和高含氢气氛,所需特种合金和陶瓷材料的腐蚀防护与结构稳定性研究。 总结与展望 本书的最终目标是为材料科学家、化学工程师以及能源系统规划者提供一份关于氢能经济核心材料的知识地图。我们强调,氢能经济的规模化,并非简单技术的线性改进,而是需要跨学科材料创新驱动的系统性突破。本书详尽的技术分析和前沿案例研究,必将成为推动下一代氢能技术发展的宝贵参考资料。 ---

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这本书的内容结构和叙事逻辑,更像是一份详尽的工业标准汇编,而非一本面向未来能源愿景的科普读物。它花了大量篇幅去梳理现有管道系统在气体输送过程中的腐蚀问题,特别是针对碳钢和不锈钢在不同湿度和压力下的失效模式进行了案例分析。其中关于阀门选型和密封件材料选择的标准对比表格,简直是工程手册的复刻。我注意到,书中对“氢脆”现象的讨论,主要集中在如何通过表面硬化处理或添加特定合金元素来缓解已有的机械损伤,而不是探讨如何从根本上设计出抗脆性更强的全新合金体系。读起来有一种强烈的“脚踏实地”感,但这种脚踏实地几乎让人感觉不到一丝创新或颠覆性的思维。它将“氢经济”的概念极度工程化、现实化,以至于削弱了其前瞻性。对于一个希望了解未来能源格局如何重塑世界的读者来说,这种聚焦于现有设备维护和材料寿命预测的论述,显得有些过于保守和冗余了。

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我必须承认,我对其中关于工业清洗流程的描述感到有些困惑。书中有一章专门探讨了在化工生产线中,如何使用特定的酸性或碱性溶液对反应釜和储罐进行除垢和钝化处理。详细描述了不同浓度盐酸和硝酸的混合比例,以及浸泡时间对不同等级不锈钢表面氧化层的影响。这部分内容无疑对设备维护工程师极具价值,但对于一个关注能源载体存储与利用的读者来说,这简直是文不对题的冗长插曲。更别提后面关于废水处理和废气排放标准的章节,几乎可以独立成为一本环境工程手册。它完全没有触及到如何提高绿色氢气制备效率,或者如何设计更紧凑的储氢罐的空气动力学布局。整本书的焦点似乎完全被“工业生产的日常运营与合规性”牢牢占据,与“新能源革命”的主题相去甚远,仿佛是在讨论如何优化一家传统化工厂的运营,而非构建一个面向未来的能源系统。

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我发现这本书的插图和图表质量极低,很多流程图和设备剖面图看起来像是用早期的CAD软件绘制的草稿,线条模糊不清,标注也常常缺失关键的尺寸信息或材料标识。例如,在描述一个复杂的换热器结构时,图示中对流体通道的区分极其混乱,我不得不反复对比旁边的文字描述才能勉强理解其工作原理。更令人恼火的是,书中引用的大部分数据似乎是基于上世纪八十年代末的实验室报告,缺乏近二十年的更新和校准。许多关于材料疲劳寿命的预测模型,其参数设置已经明显不适用于现代高温高压环境下的运行条件。这本书在“材料”这个主题上,似乎只关注了材料的“制造”过程,而完全忽略了材料在“实际运行环境”中如何随时间衰减和演变的关键问题。这种对视觉信息和数据时效性的漠视,极大地降低了阅读的专业性和可靠性。

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这本书在介绍“氢气纯化”技术时,其侧重点完全落在了传统的压力摆动吸附(PSA)技术上,而且讨论的深度停留在上世纪九十年代的成熟工艺水平。它详细分析了沸石分子筛吸附剂的再生周期、操作压力与纯度之间的权衡,以及如何通过串联多个吸附床来实现连续化操作。令人失望的是,对于近年来备受关注的膜分离技术、新型金属有机框架(MOF)吸附剂在低能耗纯化方面的应用,书中仅仅是一笔带过,甚至没有给出具体的实验数据支持。阅读体验如同翻阅一本十年前出版的教材,内容扎实可靠,但完全缺乏对技术迭代的敏感性。对于追求高效率、低成本制氢纯化方案的读者来说,这本书提供的知识储备已经严重滞后于行业发展的前沿,它更多地是对“过去三十年稳健的工业实践”的一种总结和固化,而不是对未来技术方向的指引。

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这本书,坦率地说,简直是一本关于塑料加工工艺的百科全书。我本来是冲着最新的燃料电池技术和储氢材料去的,结果发现里面关于聚乙烯和聚丙烯的分子链结构、挤出成型、注塑工艺的细节描述,比我大学里学的材料力学还要详尽。它花费了整整三个章节来讨论如何优化注塑机的螺杆设计以提高生产效率,还细致地对比了不同牌号的工程塑料在耐磨性和抗蠕变性上的差异。读到一半,我几乎忘记了“氢”这个字眼,开始琢磨起高分子复合材料的界面粘接问题。如果你的兴趣点在于如何用现有的化工设备生产出更耐用的汽车保险杠或者医疗器械外壳,那么这本书绝对是你的圣经。但是,如果你期待的是关于固态储氢、金属有机骨架材料(MOFs)或者电解槽效率提升的前沿突破,你可能需要翻阅其他更专业的期刊。这本书的深度在于传统高分子工程领域,其广度也仅仅停留在材料的宏观力学性能和加工参数优化上,完全避开了涉及电化学或量子力学范畴的尖端课题。

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