氢气是一种清洁的二次能源，“绿氢”在我国能源体系向清洁低碳发展过程中扮演越来越重要的角色，是我国未来智慧能源体系的重要组成部分。本书共八章，从能源视角出发，结合*研究成果，介绍了氢的基本特性以及多种制氢、储氢、用氢技术和这些技术中涉及的基本化学反应原理、关键材料、燃料电池电堆结构及其应用场景。本书内容涵盖广泛、深人浅出、实例丰富，是一部通俗易懂的氢能科普图书，可为从事氢能技术开发的相关人员提供氢能技术全貌，也可供高等院校相关专业师生作为教材使用。

林伟，中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院副院长，研究员，博士生导师。中国石化氢能技术、吸附脱硫领域催化剂和相关催化材料研究的学术技术带头人，中国化工学会稀土催化与过程专业委员会专业委员，中国矿业大学客座教授。主持催化裂化产高品质汽油及化工原料技术开发，开发的相关技术成功应用于50余套工业装置。多次参加国家重点研发计划，其中作为课题负责人承担“十四五”氢能技术专项中“低成本PEM电解水关键材料制备技术及其制氢应用示范项目中PEM电解槽开发及示范工作”。先后承担国家和省部级项目10余项，获得省部级科技进步一等奖5项，中国专利*奖1项，发表论文32篇，合作专著1部；授权中国发明专利129件、涉外29件；并获得“第十三届中国青年科技奖”。

Ⅰ1第1章可用能源 / 1

11人类文明及对可持续能源的探寻 / 1

12地球的能源资源和能源消耗 / 4

13温室效应及其对生活质量和生态圈的影响 / 6

14*能源 / 10

15可再生能源 / 17

16储能 / 32

17能源伦理学问题 / 34

参考文献 / 36

2第2章化学学科背景 / 38

21可逆反应与化学平衡 / 38

22酸-碱化学 / 43

23化学热力学 / 52

24化学动力学 / 66

25电化学(氧化-还原反应) / 84

26有机化学 / 88

27高分子化学 / 109

28光化学 / 131

29等离子体化学 / 141

参考文献 / 154

3第3章氢气制备 / 159

31电解法 / 159

32热解法 / 160

33光伏电解法 / 162

34等离子体电弧分解法 / 163

35热化学过程（利用除太阳能以外的热分解过程） / 163

36光催化法 / 164

37生物质转化法 / 167

38气化法 / 168

39高温电解法 / 169

310其他方法 / 170

311效率对比 / 170

参考文献 / 173

Ⅱ4第4章氢的特性 / 174

41氢的定义、性质和用途 / 174

42作为能量载体的氢 / 180

43氢气储存 / 181

参考文献 / 193

5第5章氢能基础设施和技术 / 195

51氢气的生产 / 195

52氢气运输、储存和分配 / 205

53氢气*性 / 207

54氢气技术评估 / 209

参考文献 / 215

6第6章电池 / 217

61介绍 / 217

62定义 / 227

63单位 / 229

64*电池示例 / 231

65导电聚合物电池(有机电池) / 235

66实际问题 / 238

67电力运输 / 241

参考文献 / 252

Ⅲ7第7章燃料电池要点 / 254

71简介 / 254

72燃料的定义 / 256

73什么是燃烧值 / 256

74为什么我们要使用氢气作为燃料 / 258

75燃料电池的分类 / 258

76燃料电池的开路电压 / 260

77燃料电池电压的热力学估算 / 264

78燃料电池的效率 / 266

79效率与温度 / 266

710电极材料对电流输出的影响 / 267

711燃料电池电压的压力依赖性 / 268

712燃料电池中产生热量的热力学预测 / 270

713燃料电池管理 / 271

714氢气和氧气的消耗率 / 275

715水的产生率 / 276

716燃料渗透问题 / 277

717用于PEMFC的聚合物膜 / 277

718PEMFC部件和制造 / 285

719碱性燃料电池（AFCS） / 290

720熔融碳酸盐燃料电池（MCFC） / 292

721固体氧化物燃料电池 / 295

722燃料电池发展的流程图 / 302

723燃料电池的相关优势 / 303

724燃料电池技术 / 304

725特殊应用的燃料电池 / 306

726燃料电池重整器 / 308

727燃料电池系统结构 / 308

参考文献 / 318

前言

1第1章可用能源 / 1

1.1人类文明及对可持续能源的探寻 / 1

1.2地球的能源资源和能源消耗 / 4

1.3温室效应及其对生活质量和生态圈的影响 / 6

1.4*能源 / 10

1.5可再生能源 / 17

1.6储能 / 32

1.7能源伦理学问题 / 34

参考文献 / 36

2第2章化学学科背景 / 38

2.1可逆反应与化学平衡 / 38

2.2酸-碱化学 / 43

2.3化学热力学 / 52

2.4化学动力学 / 66

2.5电化学(氧化-还原反应) / 84

2.6有机化学 / 88

2.7高分子化学 / 109

2.8光化学 / 131

2.9等离子体化学 / 141

参考文献 / 154

3第3章氢气制备 / 159

3.1电解法 / 159

3.2热解法 / 160

3.3光伏电解法 / 162

3.4等离子体电弧分解法 / 163

3.5热化学过程（利用除太阳能以外的热分解过程） / 163

3.6光催化法 / 164

3.7生物质转化法 / 167

3.8气化法 / 168

3.9高温电解法 / 169

3.10其他方法 / 170

3.11效率对比 / 170

参考文献 / 173

Ⅱ4第4章氢的特性 / 174

4.1氢的定义、性质和用途 / 174

4.2作为能量载体的氢 / 180

4.3氢气储存 / 181

参考文献 / 193

5第5章氢能基础设施和技术 / 195

5.1氢气的生产 / 195

5.2氢气运输、储存和分配 / 205

5.3氢气*性 / 207

5.4氢气技术评估 / 209

参考文献 / 215

6第6章电池 / 217

6.1介绍 / 217

6.2定义 / 227

6.3单位 / 229

6.4*电池示例 / 231

6.5导电聚合物电池(有机电池) / 235

6.6实际问题 / 238

6.7电力运输 / 241

参考文献 / 252

Ⅲ7第7章燃料电池要点 / 254

7.1简介 / 254

7.2燃料的定义 / 256

7.3什么是燃烧值 / 256

7.4为什么我们要使用氢气作为燃料 / 258

7.5燃料电池的分类 / 258

7.6燃料电池的开路电压 / 260

7.7燃料电池电压的热力学估算 / 264

7.8燃料电池的效率 / 266

7.9效率与温度 / 266

7.10电极材料对电流输出的影响 / 267

7.11燃料电池电压的压力依赖性 / 268

7.12燃料电池中产生热量的热力学预测 / 270

7.13燃料电池管理 / 271

7.14氢气和氧气的消耗率 / 275

7.15水的产生率 / 276

7.16燃料渗透问题 / 277

7.17用于PEMFC的聚合物膜 / 277

7.18PEMFC部件和制造 / 285

7.19碱性燃料电池（AFCS） / 290

7.20熔融碳酸盐燃料电池（MCFC） / 292

7.21固体氧化物燃料电池 / 295

7.22燃料电池发展的流程图 / 302

7.23燃料电池的相关优势 / 303

7.24燃料电池技术 / 304

7.25特殊应用的燃料电池 / 306

7.26燃料电池重整器 / 308

7.27燃料电池系统结构 / 308

参考文献 / 318

8第8章燃料电池应用 / 323

8.1固定式发电 / 323

8.2燃料电池交通工具 / 324

8.3微动力系统 / 329

8.4移动和民用电源系统 / 330

8.5太空和军事应用的燃料电池 / 331

8.6总结 / 332

参考文献 / 333