化學電源（第二版）

第1章電化學理論基礎(chǔ)1
1.1電極電勢與電池電動勢1
1.1.1電極/溶液界面的結(jié)構(gòu)1
1.1.2絕對電極電勢與相對電極電勢3
1.1.3電極電勢和電池電動勢4
1.1.4電池電動勢與溫度和壓力的關(guān)系6
1.2電化學反應(yīng)的特點及研究方法7
1.2.1電化學反應(yīng)的特點7
1.2.2電化學反應(yīng)基本概念8
1.2.3極化曲線及其測量方法9
1.2.4電極過程特征及研究方法11
1.3電化學步驟動力學12
1.3.1電極電勢對反應(yīng)速率的影響12
1.3.2穩(wěn)態(tài)極化的動力學公式14
1.3.3多電子轉(zhuǎn)移過程16
1.4液相傳質(zhì)過程動力學17
1.4.1液相傳質(zhì)的方式17
1.4.2穩(wěn)態(tài)擴散過程18
1.4.3電化學步驟不可逆時的穩(wěn)態(tài)擴散21
1.5氣體電極過程21
1.5.1氫析出電極過程22
1.5.2氧電極過程23
第2章化學電源概論25
2.1化學電源的發(fā)展25
2.2化學電源的分類26
2.3化學電源的工作原理及組成26
2.3.1化學電源的工作原理26
2.3.2化學電源的組成27
2.4化學電源的電性能28
2.4.1電池的電動勢28
2.4.2電池的開路電壓29
2.4.3電池的內(nèi)阻29
2.4.4電池的工作電壓29
2.4.5電池的容量與比容量31
2.4.6電池的能量與比能量35
2.4.7電池的功率與比功率36
2.4.8電池的儲存性能與自放電37
2.4.9循環(huán)壽命38
2.5化學電源中的多孔電極38
2.5.1多孔電極的意義38
2.5.2兩相多孔電極39
2.5.3三相多孔電極42
第3章鋅錳電池49
3.1概述49
3.2二氧化錳電極50
3.2.1二氧化錳陰極還原的初級過程50
3.2.2二氧化錳陰極還原的次級過程51
3.2.3二氧化錳陰極還原的控制步驟52
3.3鋅電極52
3.3.1鋅電極的陽極氧化過程52
3.3.2鋅電極的鈍化52
3.3.3鋅電極的自放電53
3.4鋅錳電池材料54
3.4.1二氧化錳材料54
3.4.2鋅材料56
3.4.3電解質(zhì)57
3.4.4隔膜57
3.4.5導(dǎo)電材料57
3.4.6鋅膏凝膠劑58
3.5鋅錳電池制造工藝58
3.5.1糊式鋅錳電池58
3.5.2紙板電池58
3.5.3疊層鋅錳電池61
3.5.4堿性鋅錳電池61
3.5.5可充堿性鋅錳電池63
3.6鋅錳電池的主要性能64
3.6.1開路電壓與工作電壓64
3.6.2歐姆內(nèi)阻、短路電流和負荷電壓65
3.6.3容量及其影響因素65
3.6.4儲存性能66
3.6.5高溫性能和低溫性能66
第4章鉛酸蓄電池67
4.1概述67
4.1.1鉛酸蓄電池的發(fā)展67
4.1.2鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu)68
4.1.3鉛酸蓄電池的用途69
4.1.4鉛酸蓄電池的特點69
4.2鉛酸蓄電池的熱力學基礎(chǔ)69
4.2.1電池反應(yīng)、電動勢69
4.2.2鉛-硫酸水溶液的電勢-pH圖70
4.3板柵73
4.3.1板柵合金73
4.3.2鉛板柵的腐蝕75
4.4二氧化鉛正極76
4.4.1二氧化鉛的多晶現(xiàn)象76
4.4.2二氧化鉛顆粒的凝膠-晶體形成理論76
4.4.3正極活性物質(zhì)的反應(yīng)機理77
4.5鉛負極78
4.5.1鉛負極的反應(yīng)機理78
4.5.2鉛負極的鈍化79
4.5.3負極活性物質(zhì)的收縮與添加劑79
4.5.4鉛負極的自放電79
4.5.5鉛負極的不可逆硫酸鹽化81
4.5.6高倍率部分荷電狀態(tài)下鉛負極的硫酸鉛積累81
4.6鉛酸蓄電池的電性能82
4.6.1鉛酸蓄電池的電壓與充放電特性82
4.6.2鉛酸蓄電池的容量及其影響因素82
4.6.3鉛酸蓄電池的失效模式和循環(huán)壽命84
4.6.4鉛酸電池的充電接受能力84
4.7鉛酸蓄電池制造工藝原理85
4.7.1板柵制造85
4.7.2鉛粉制造85
4.7.3鉛膏的配制86
4.7.4生極板的制造87
4.7.5極板化成87
4.7.6電池裝配90
4.8鉛炭電池90
4.8.1鉛炭電池的結(jié)構(gòu)原理91
4.8.2鉛炭負極及碳材料93
4.8.3鉛炭電池正極活性物質(zhì)94
4.8.4鉛炭電池的性能特點與應(yīng)用領(lǐng)域94
第5章鎘鎳電池96
5.1概述96
5.2鎘鎳電池的工作原理97
5.2.1成流反應(yīng)97
5.2.2電極電勢與電動勢97
5.3氧化鎳電極97
5.3.1氧化鎳電極的反應(yīng)機理97
5.3.2氧化鎳電極的添加劑99
5.3.3氧化鎳電極材料100
5.4鎘電極101
5.4.1反應(yīng)機理101
5.4.2鎘電極的鈍化與聚結(jié)102
5.4.3鎘電極的充電效率與自放電102
5.4.4鎘電極材料102
5.5密封鎘鎳電池103
5.5.1密封原理103
5.5.2密封措施103
5.6鎘鎳電池的電性能105
5.6.1充放電曲線105
5.6.2記憶效應(yīng)106
5.6.3循環(huán)壽命106
5.6.4自放電107
5.7鎘鎳電池的制造工藝107
5.7.1有極板盒式電極的制造107
5.7.2燒結(jié)式電極的制造108
5.7.3黏結(jié)式電極的制造111
5.7.4發(fā)泡式電極的制造111
5.7.5纖維式電極的制造112
5.7.6電沉積鎘電極的制造112
5.7.7密封鎘鎳電池的制造113
第6章金屬氫化物鎳電池114
6.1概述114
6.2MH-Ni電池的工作原理與特點114
6.2.1MH-Ni電池的工作原理114
6.2.2MH-Ni電池的密封115
6.2.3金屬氫化物-鎳電池的特點116
6.3儲氫合金電極116
6.3.1儲氫合金的性質(zhì)116
6.3.2儲氫合金電極的電化學容量118
6.3.3儲氫合金的分類118
6.3.4AB5型儲氫合金119
6.3.5AB2型儲氫合金120
6.3.6儲氫合金的制備121
6.3.7儲氫合金電極的制造122
6.3.8儲氫合金電極的性能衰減122
6.3.9儲氫合金的表面處理技術(shù)123
6.4MH-Ni電池的性能123
6.4.1MH-Ni電池充放電特性123
6.4.2溫度特性124
6.4.3內(nèi)壓124
6.4.4自放電特性125
6.4.5循環(huán)壽命125
第7章鋅氧化銀電池126
7.1概述126
7.2鋅氧化銀電池的工作原理127
7.2.1電極反應(yīng)127
7.2.2電極電勢與電動勢127
7.3氧化銀電極128
7.3.1充放電曲線128
7.3.2氧化銀電極的自放電130
7.4鋅負極132
7.4.1鋅的陽極鈍化132
7.4.2鋅的陰極沉積過程134
7.5鋅氧化銀電池的電化學性能134
7.5.1放電特性134
7.5.2鋅銀電池的循環(huán)壽命135
7.6鋅銀電池結(jié)構(gòu)與制造工藝137
7.6.1電極制備137
7.6.2隔膜和電解液139
7.6.3電池裝配140
第8章鋰電池142
8.1概述142
8.1.1鋰電池的發(fā)展與特點142
8.1.2鋰電池分類143
8.2鋰電池的電極與電解液144
8.2.1正極材料144
8.2.2鋰負極144
8.2.3電解液145
8.3Li-MnO2電池149
8.3.1Li-MnO2電池的特點及基本原理149
8.3.2Li-MnO2電池的結(jié)構(gòu)與制備150
8.3.3Li-MnO2電池特性151
8.4Li-SOCl2電池152
8.4.1特點及基本原理152
8.4.2Li-SOCl2電池的組成和結(jié)構(gòu)153
8.4.3Li-SOCl2電池的電化學特性154
8.5Li-SO2電池155
8.5.1基本原理155
8.5.2Li-SO2電池結(jié)構(gòu)與制造工藝155
8.5.3Li-SO2電池特性156
8.6Li-(CFx)n電池157
8.6.1Li-(CFx)n電池原理與基本特點157
8.6.2反應(yīng)機制158
8.6.3發(fā)展趨勢與前景159
8.7Li-I2電池159
8.8可充電金屬鋰負極160
8.8.1金屬鋰負極存在的問題160
8.8.2鋰枝晶的生成原理161
8.8.3金屬鋰負極的結(jié)構(gòu)優(yōu)化163
8.8.4電解液的優(yōu)化164
8.8.5金屬鋰負極的固體電解質(zhì)界面優(yōu)化165
8.8.6金屬鋰負極展望166
8.9Li-S電池166
8.9.1Li-S電池特點及基本原理166
8.9.2Li-S電池面臨的主要挑戰(zhàn)168
8.9.3硫電極169
8.9.4Li-S電池電解液169
第9章鋰離子電池171
9.1概述171
9.1.1鋰離子電池的發(fā)展史171
9.1.2鋰離子電池的工作原理171
9.1.3鋰離子電池的特點和應(yīng)用172
9.2鋰離子電池的正極材料173
9.2.1鈷酸鋰173
9.2.2錳酸鋰174
9.2.3鎳酸鋰176
9.2.4磷酸亞鐵鋰176
9.2.5其他正極材料177
9.3鋰離子電池的負極材料178
9.3.1碳素材料178
9.3.2合金負極材料179
9.3.3其他負極材料181
9.4鋰離子電池的電解液181
9.4.1有機溶劑182
9.4.2電解質(zhì)鹽183
9.4.3電解液添加劑184
9.5聚合物鋰離子電池185
9.5.1聚合物鋰離子電池的特點185
9.5.2聚合物鋰離子電池的結(jié)構(gòu)185
9.6鋰離子電池的制造工藝186
9.6.1極片制造186
9.6.2電池的裝配187
9.6.3聚合物鋰離子電池的制造188
9.7鋰離子電池的性能189
9.7.1充放電性能190
9.7.2安全性190
9.7.3自放電與儲存性能193
9.7.4使用和維護193
第10章燃料電池195
10.1燃料電池概述195
10.1.1燃料電池的發(fā)展歷史195
10.1.2燃料電池的工作原理195
10.1.3燃料電池的工作特點197
10.1.4燃料電池的類型197
10.1.5燃料電池系統(tǒng)的組成198
10.1.6燃料電池的應(yīng)用199
10.2燃料電池的熱力學基礎(chǔ)200
10.2.1燃料電池電動勢200
10.2.2燃料電池的理論效率201
10.3燃料電池的電化學動力學基礎(chǔ)201
10.3.1燃料電池的極化行為201
10.3.2燃料電池的電極反應(yīng)機理202
10.3.3燃料電池的實際效率205
10.4燃料電池所用的燃料205
10.4.1氫氣燃料的制備206
10.4.2氫氣燃料的凈化208
10.4.3氫氣燃料的儲存209
10.4.4其他燃料210
10.5堿性燃料電池211
10.5.1簡介211
10.5.2堿性燃料電池的工作原理211
10.5.3堿性燃料電池組件及其材料212
10.5.4堿性燃料電池的排水213
10.5.5堿性燃料電池的性能及其影響因素213
10.6磷酸燃料電池215
10.6.1簡介215
10.6.2磷酸燃料電池的工作原理215
10.6.3磷酸燃料電池的組成和材料215
10.6.4磷酸燃料電池的排水和排熱218
10.6.5磷酸燃料電池性能219
10.7熔融碳酸鹽燃料電池222
10.7.1簡介222
10.7.2熔融碳酸鹽燃料電池的工作原理223
10.7.3電解質(zhì)和隔膜223
10.7.4電極225
10.7.5雙極板226
10.7.6熔融碳酸鹽燃料電池性能226
10.8固體氧化物燃料電池227
10.8.1簡介227
10.8.2固體氧化物燃料電池的工作原理228
10.8.3電解質(zhì)229
10.8.4電極229
10.8.5雙極板230
10.8.6電池結(jié)構(gòu)類型230
10.8.7燃料電池性能232
10.9質(zhì)子交換膜燃料電池232
10.9.1簡介232
10.9.2質(zhì)子交換膜燃料電池的工作原理232
10.9.3質(zhì)子交換膜233
10.9.4催化劑和電極234
10.9.5雙極板和流場235
10.9.6水管理236
10.9.7質(zhì)子交換膜燃料電池的性能237
10.10直接醇類燃料電池237
10.10.1簡介237
10.10.2直接甲醇燃料電池的工作原理237
10.10.3甲醇氧化和電催化劑238
10.10.4質(zhì)子交換膜239
10.10.5直接甲醇燃料電池的性能239
10.11可再生燃料電池240
10.11.1簡介240
10.11.2可逆再生燃料電池的工作原理241
10.11.3氫電極催化劑241
10.11.4氧電極催化劑242
第11章金屬空氣電池243
11.1鋅空氣電池244
11.1.1概述244
11.1.2鋅空氣電池工作原理245
11.1.3鋅空氣電池的空氣電極245
11.1.4鋅空氣電池的鋅電極248
11.1.5鋅空氣電池的性能與限制因素250
11.2鋁空氣電池252
11.2.1中性電解液鋁空氣電池252
11.2.2堿性電解液鋁空氣電池253
11.2.3鋁電極253
11.3鋰空氣電池254
11.3.1鋰空氣電池的特點及工作原理254
11.3.2鋰空氣電池的空氣電極255
11.3.3鋰空氣電池的電解液256
11.3.4鋰空氣電池的鋰負極257
第12章電化學電容器258
12.1概述258
12.2電化學電容器與電池的比較258
12.2.1能量的存儲形式258
12.2.2電容器和電池的電能存儲模式比較258
12.2.3電化學電容器和電池運行機理的比較259
12.2.4電化學電容器與電池能量密度的差別259
12.2.5電化學電容器和電池充放電曲線的比較260
12.2.6電化學電容器和電池循環(huán)伏安性能的比較260
12.3雙電層電容及碳材料262
12.3.1雙電層模型及其結(jié)構(gòu)262
12.3.2雙層電容和理想極化電極264
12.3.3非水電解質(zhì)中雙層的行為和非水電解質(zhì)電容器264
12.3.4用于電化學電容器的碳材料265
12.3.5關(guān)于碳材料的雙層電容266
12.3.6影響碳材料電容性能的因素267
12.4法拉第準電容及氧化釕材料269
12.4.1準電容(CΦ)和雙層電容(Cdl)的區(qū)分方法269
12.4.2用于電化學電容器的氧化釕(RuO2)材料270
12.4.3氧化釕的制備、充放電機理及電化學行為270
12.4.4其他氧化物膜表現(xiàn)的氧化還原準電容行為272
12.5導(dǎo)電聚合物膜的電容行為273
12.5.1概述273
12.5.2導(dǎo)電聚合物與準電容有關(guān)的行為及循環(huán)伏安曲線的形式275
12.5.3以導(dǎo)電聚合物為活性材料的電容器系統(tǒng)的分類276
12.6影響電容器性能的電解質(zhì)因素278
12.6.1水性電解質(zhì)278
12.6.2非水電解質(zhì)278
12.7制備技術(shù)及評價方法279
12.7.1用于碳基電容器電極的制備280
12.7.2基于RuOx的電容器電極的制備281
12.7.3電容器的裝配281
12.7.4電化學電容器的實驗性評價282
第13章電極材料與電池性能測試284
13.1電極材料的電化學測試體系284
13.1.1三電極體系284
13.1.2復(fù)合粉末電極技術(shù)284
13.1.3粉末微電極技術(shù)285
13.2電勢階躍法286
13.2.1小幅度電勢階躍法286
13.2.2極限擴散控制下的電勢階躍法287
13.2.3電勢階躍法測定電極中反應(yīng)物質(zhì)的固相擴散系數(shù)289
13.3循環(huán)伏安法290
13.3.1可逆電極體系的循環(huán)伏安曲線290
13.3.2不可逆電極體系的循環(huán)伏安曲線290
13.3.3電池中循環(huán)伏安法的應(yīng)用291
13.3.4循環(huán)伏安法測定電極中反應(yīng)物質(zhì)的固相擴散系數(shù)291
13.4電化學阻抗譜技術(shù)292
13.4.1電化學極化和濃差極化同時存在時的電化學阻抗譜292
13.4.2電化學阻抗譜的解析293
13.4.3電池中電化學阻抗譜的應(yīng)用294
13.5電池性能測試方法296
13.5.1充放電性能與容量測試296
13.5.2循環(huán)性能測試298
13.5.3自放電與儲存性能測試299
13.5.4內(nèi)阻測試299
13.5.5內(nèi)壓測試300
13.5.6溫度特性測試300
13.5.7安全性能測試301
參考文獻302