化学电源复习提纲

1、 化学电源复习提纲第二章 化学电源概论1、化学电源按电解液类型分类：酸性电池、碱性电池、中性电池、有机电解质溶液电池、固体电解质电池、熔融盐电解质电池 按工作性质及储存方式：一次电池（锌锰电池、锌银电池、锂二氧化锰电池）、二次电池（镉镍电池、铅酸电池、金属氢化物镍电池、锂离子电池）、储备电池（锌银电池、热电池、镁氯化铜电池）、燃料电池（质子交换膜燃料电池、碱性燃料电池） 物理电源？2、化学电源的工作原理： 放电时：负极氧化阳极 正极还原阴极（电流方向分外电路和内电路） 充电时：负极-还原阴极 正极-氧化阳极（充电电压高于电动势） 化学电源的组成：（1）电极：活性物质（决定了电池的基本特性）：正

2、极电极电势大于零，负极电极电势小于零；电化学活性高； 重量比容量和体积比容量大；于电解液中化学稳定性好；有高的电子导电性；丰富便宜导电骨架（能把活性物质与外线路接通并使电流分布均匀，且起支撑性物质的作用）：机械强度好；化学稳定性好；电阻率低；易于加工 （2）电解质（保证正负极间的离子导电作用，有的还参与成流反应）：化学稳定性好，减小电池自放电；电导率高 （3）隔离物（防止电池正极与负极接触而导致短路）：电子的良好绝缘体，防止电池内部短路；隔膜对电解质离子迁移的阻力小；有良好的化学稳定性；有一定机械强度及抗弯曲能力；丰富低廉 （4）外壳：良好的机械强度、耐震动、耐冲击、耐高低温变化、耐电解液腐蚀

3、 只有锌锰干电池是锌电极兼做外壳3、化学能转变成电能的实现条件：失e与得e必须分在两个区域中进行（与一般氧化还原反应不同） 物质在进行转变时电子必须通过外电路（与电化学腐蚀的微电池不同）4、电池反应的特点：反应在界面进行，有电荷和物质转移反应总是“共轭”，两个反应分隔电池极性反应（充放电时阳极阴极，同上2）电子必须经过外电路5、电池材料选择原则：电动势高；电化当量低；电化学活性高 提高比表面；电解质稳定性高；环境友好；活性物质导电性好；来源丰富 价格便宜6、电池的电动势和开路电压： 电动势开路电压开路电压:电池在断路时电池两极的电压差电动势:根据电池反应，应用热力学方法的计算值（look P5

4、） G= -nFE Red1+Ox2 Red2+Ox1G= G0+RTln( Red2Ox1 / Red1Ox2)E=E0-(RT/nF)ln( Red2 Ox1 / Red1Ox2)7、电池的内阻：电流通过电池内部受到的阻力（包括欧姆电阻 极化电阻）极化电阻包括电化学极化和浓差极化 VEI（R+Rp )V：工作电压 E：开路电压I：电流 R：欧姆电阻 Rp：极化电阻8、电池的放电电压和充电电压：放电电压：电池在放电时电池两端的电压（结冰）；放电初始电压：开始几秒种；放电平台电压；放电终止电压；过放电放电方式：恒阻放电、恒流放电、连续放电、间歇放电充电电压：电池在充电时电池两端的电压（冰融化）

5、；充电初始电压：开始几秒种；充电平台电压；充电终止电压；过充电；充电方式：恒压、恒流、脉冲充电9、电池的容量和比容量 电池的容量：在一定放电条件下可以从电池获得的电量。单位库仑（C） Ah理论容量：C0 （m为活性物质完全反应时的质量；n为成流反应时的得失电子数;M为活性物质的摩尔质量） 1A.h电量理论上所需活性物质质量，越小越好实际容量C：电池在一定放电制度下放出的容量 恒流放电：C实 =It 恒阻放电：C实 =（V平均*t）/R 额定容量：指电池在设计的放电条件下，电池保证给出的最低电量。电池容量=负极容量=正极容量 实际放出容量=容量较小的电极容量 比容量：单位质量或单位体积电池所给出

6、的容量称为质量比容量（A.h/kg）或体积比容量（A.h/L）10、放电时率与放电倍率 放电时率：以放电时间(h)的长短来表示电池放电的速率，在规定的时间内放出全部额定容量(A h) 几个小时放完就是几小时率 例：Cr10A h。1小时率放电 Id10A放电倍率（x): 放电电流(A)为电池额定容量(A h)的倍数 Id=x Cr 例：额定容量10 A h 1小时率放电t，Id 10A，放电倍率x为1， 1倍率放电，1C放电 5小时率放电t，Id 2A， 放电倍率x为0.2，0.2倍率放电，0.2C放电 10小时率放电t，Id 1A，放电倍率x为0.1，0.1倍率放电，0.1C放电放电倍率越大

7、，放电容量越小低倍率放电Id 7Cr11、电池的能量和比能量电池的能量：在一定放电条件下对外做功所输出的电能，用瓦时（Wh）表示电池的理论能量：W0= C0E = -G = nFE电池的实际能量：W= C V平均工作电压电池的比能量：单位质量或单位体积的电池所放出的能量、单位为（Wh/kg）或（Wh/L）（同一只电池的比能量大小与放电制度有关） 体积比能量W/V=C Ea/V 质量比能量W/m=C Ea/m 12、电池的功率和比功率电池的功率：一定条件下，单位时间内电池输出的能量，单位W或kW。电池的比功率：单位质量或单位体积电池输出的功率对外作功所输出的电能，单位W/m3或W /kg, kW

8、/m3或kW /kg 电池的理论功率：P0 = W0/t =IE 电池的实际功率：P = W/t =CV/t= IV= I(E-I R内) R内 =R外 是电池功率达到极大值的条件13、各种电池库伦效率和能量效率的比较库伦效率: 能量效率： UchargeUdischarge 能量效率(qwh) 0.1 S/cm；薄膜成型能力及机械强度高；价廉；在强酸和燃料电池工作条件下稳定；低气体渗透；低甲醇渗透. (DMFC)；无污染和易回收利用.7、Nafion膜的特点v 结构：全氟结构，脂肪族v 性能稳定；导电率高；无贵重元素；价格昂贵，制备工艺复杂，环保要求高8、燃料电池气体扩散电极层材料碳纸 碳布

9、.9、质子交换膜燃料电池双极板材料有哪些石墨双极板、金属双极板（寿命、腐蚀、延展性问题）10、对双极板的要求是什么耐腐蚀(小于16 uA/cm2)；导电性能好(大于100 S/cm)；有一定的机械强度；易加工；气体不穿透；价廉；不易燃烧；易回收11、直接甲醇燃料(DMFC)电池的特点体积小；添加燃料方便；常温下使用；储运安全方便；有高的能量密度12、直接甲醇燃料电池存在的问题v 贵金属催化剂中毒问题（中间产物CO对其有害） v 甲醇渗透问题，降低燃料利用效率v 安全问题. 甲醇有毒v 价格.13、固体氧化物燃料电池的优点1. 使用全固体组件，不存在对漏液、腐蚀管理问题；2. 可以用天然气作燃料

10、，通过内部或外部重整利用石化燃料，有利于环境保护；3. 不需要使用贵金属催化剂，从而节约了贵金属；4. 余热温度较高，可以直接利用；5. 可忽略正负极极化损失，极化损失集中在电解质电阻上;6. 电解质的性能较稳定，抗毒性较好；7. 连续供给燃料、氧化物，电池就可连续发电。超级电容器：1、超级电容器的特性比功率高；大电流快速充电特性好；电压与容量的模块化；使用温度范围宽，为40C70C；循环使用寿命长，可达10万次；无污染，真正免维护；价格低；2、超级电容器与电池比较的优缺点 功率密度(Power Density)是锂离子电池的数十倍以上，适合大电流放电，（一枚4.7F电容能释放瞬间电流18A以

11、上） 超长寿命，充放电大于50万次，是Li-Ion电池的500倍，是Ni-MH和Ni-Cd电池的1000倍，如果对超级电容每天充放电20次，连续使用可达68年 可以大电流充电，充放电时间短，对充电电路要求简单，无记忆效应，免维护，可密封 温度范围宽-40+70，一般电池是-2060 充放电曲线的区别3、超级电容器的两种储能方式是什么基于赝电容的（化学）超级电容器：其储能容量来自材料表面的电化学过程基于界面双电层的（物理）超级电容器：其储能容量来自静电（物理）作用4、超级电容器材料主要有哪些&比较 5、用于超级电容器的炭材料有哪些活性炭；炭凝胶；玻态炭；碳纳米管；碳化物衍生炭；纳米门炭6、用于超

12、级电容器的金属氧化物有哪些MnO2、NiO、Ni(OH)2、V2O57、用于超级电容器的聚合物有哪些聚苯胺（PAN）；聚吡咯（PPy）；聚噻吩（PT）；聚乙二撑噻吩（PEDOT）8、电极材料-RuOx 特点 电极/溶液界面法拉第反应所产生的“准电容”要远大于活性炭材料表面的双层电容 单电极比容量高达760 F/g 电导率高，无需加入导电剂 价格昂贵9、MnO2基超级电容器电极材料特点资源丰富、价格低廉、对环境无污染及具有多种氧化价态10、用于超级电容器的MnO2的晶体结构*无定性比电容较高,研究的最多 *结晶层状比电容较高,层间比较容易进入离子 *其他结晶MnO2比电容比较低,隧道结构比较小用

13、于碱锰电池MnO2的晶体结构：-MnO2用于锂离子电池MnO2的晶体结构：尖晶石型LiMn2O411、用于超级电容器MnO2复合电极材料的制备方法有哪些复合电极:化学还原法；共沉淀法；凝胶溶胶法；气相溶胶法薄膜电极(不含导电剂)：液滴喷涂法；阳极沉积法；静电喷雾沉积；凝胶溶胶法12、超级电容器发展趋势主要有哪几点 用纳米材料取代普通的超级电容器电极材料。用复合材料替代单一的超级电容器电极材料。非对称型电化学超级电容器也是超级电容器的一个重要的发展方向13、什么是超级电池超级电容电池又叫黄金电容、法拉电容，它通过极化电解质来储能，属于双层电容的一种。由于其储能的过程并不发生化学反应，因此这种储能

14、过程是可逆的，正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。14、超级电池的关键技术主要有？（no answer）15、全钒氧化还原液流电池（a little confuse） 电解液：不同价态钒离子的硫酸电解液电极活性物质：0.20mL 的 VOSO4 + 2mol/L H2SO4 参比电极：饱和甘汞电极（SCE）集流体：石墨板隔膜：Nafion膜太阳能电池1、按材料分太阳能电池的种类有哪几种无机太阳能电池 半导体硅 (单晶、多晶、非晶、复合型等） （光电转化效率高，成本高，制备工艺复杂！） 化合物半导体（GaAs、CuInSe2、CdTe、InP等）有机太阳能电池染料敏化纳米晶体太阳能电池（正在研发）2、太阳能电池半导体硅材料有哪几种（单晶硅、多晶硅、非晶硅）3、太阳能电池半导体材料主要有？ GaAs（已开始用于空间太阳电池）4、硅太阳能电池工作原理与结构主要是半导体的光电效应。当硅晶体中掺入其他的杂质，如硼、磷等，当掺入硼时，硅晶体中就会存在着一个空穴，这个空穴因为没有电子而变得很不稳定，容易吸收电子而中和