儲能材料考試重點總結(jié)

1、儲能材料考試重點總結(jié)-2I湯昊老師部分一、填空題1、 目前絕大多數(shù)固體氧化物燃料電池都以6%-10% Y2O3摻雜的ZrO2為固體電解質(zhì)。2、 磷酸燃料電池是以濃磷酸為電解質(zhì)，以貴金屬催化的氣體擴散電極為正、負電極的中 溫型燃料電池。3、在MCFC中，CO2是必不可少的物質(zhì)，其在陰極為反應物，在陽極為產(chǎn)物。4、 質(zhì)子交換膜型燃料電池廣泛采用的雙極板是石墨板與金屬板。5、 法拉第贗電容超級電容器是基于電極表面的活性物質(zhì)發(fā)生的快速可逆氧化還原反應或 者法拉第電荷轉(zhuǎn)移反應而產(chǎn)生的法拉第贗電容。6、金屬氧化物在電極/電解液界面產(chǎn)生的法拉第準電容遠大于炭材料表面的雙電層電容，其容量大概是炭材料電容容量的

2、10-100倍，有很廣闊的發(fā)展前景。7、 雙電層超級電容器容量大小隨所選電極材料的有效比表面積的增大而增大。8、 雙電層超級電容器是基于電解液中離子和電極表面之間的靜電吸引而產(chǎn)生的雙電層電容，例如采用碳基材料作為電極材料。9、導電聚合物是一類重要的電化學電容器的電極材料，導電聚合物電極材料的電容量主要也是由 法拉第準電容 提供的。10、 固體氧化物燃料電池的電解質(zhì)為固體氧化物，其在高溫下具有傳遞02- 及分離燃 料和氧化劑的作用。11、質(zhì)子交換膜型燃料電池是以 全氟硫酸型 固體聚合物為電解質(zhì)的燃料電池。12、目前燃料電池最常用的燃料是 氫氣_。（參燃料電池 PPT27頁）13、燃料電池的壽命是

3、指輸出電壓降至初始值的90 %時的運行時間。14、 電極電勢越 小，越容易失去電子，越容易氧化，是較強的還原劑。電極電勢越大， 越容易得到電子，越容易還原，是較強的氧化劑。15、 超電勢或電極電勢與電流密度之間的關系曲線稱為極化曲線，它的形狀和變化規(guī)律反 映了電化學過程的動力學特征。16、 擴散雙電層理論認為，溶液一側(cè)的剩余電荷一部分排在電極表面形成緊密層,其余部分按照玻耳茲曼分布規(guī)律分散于表面附近一定距離的液層中，形成分散層。二、簡答題1、第一類導體和第二類導體有什么區(qū)別？區(qū)別：載流子的不同。第一類導體載流子為物體內(nèi)部自由電子或空穴，第二類導體的載 流子為正負離子。*2、電極出現(xiàn)極化現(xiàn)象的原

4、因是什么？根據(jù)產(chǎn)生的原因不同，極化主要分為哪幾類？當有電流流過電極時，在電極上發(fā)生一系列的過程，并以一定的速率進行，而每一步都或多或少地存在阻力（或勢壘），要克服這些阻力，相應地各需要一定的推動力，表現(xiàn)在電極電勢上就出現(xiàn)這樣那樣的偏離。根據(jù)極化產(chǎn)生的不同原因，通常把極化大致分為三 類：濃差極化、電化學極化、電阻極化。3、為什么不能測出電極的絕對電位？我們平常所用的電極電位是怎么得到的？電極電位是兩類導體界面所形成的相間電位，相間電位中的內(nèi)電位是無法直接測量的，故無法直接測出電極的絕對電位，我們平常所用的電極電位都是相對電極電位。，對任一電池的熱力學效率由熱力學知：（最大效率）為：因此，燃料電池

5、的熱力學效率與其熵變的大小和符號有關，可能會出現(xiàn)效率大于、等于或小于100% 的情況。燃料電池的熱力學效率有時會大于 100% 。*5 、與其它能量轉(zhuǎn)換裝置比較，燃料電池有哪些主要特點？高效、污染小、噪聲低、負載響應快速、良好的建設與維護特性。6、燃料電池系統(tǒng)主要由哪幾部分組成？2）燃料和氧化劑供給子系統(tǒng)，1）電池組，是系統(tǒng)的核心，任務是將化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽?3）水熱管理， 4 ）輸出電能調(diào)整子系統(tǒng)，包括直流電壓的穩(wěn)定，過載保護和對交流用戶的 逆變子系統(tǒng)， 5 ）控制子系統(tǒng)。7、磷酸型燃料電池性能衰退的主要因素是什么？可從哪些方面提高其電池壽命？一般認為燃料電池性能的衰退是由于鉑催化劑顆粒的燒

6、結(jié)、碳載體的腐蝕及酸涌等現(xiàn)象 造成的?？蓮囊韵聨讉€方面來提高電池壽命：（1 ）電池電壓不能超過 0.8V ； （2）應避免操作的瞬間劇烈變化；（ 3）必須保證向電池提供充足的反應氣體。*8 、堿性燃料電池電解質(zhì)采用循環(huán)系統(tǒng)有哪些主要作用？（1 ）循環(huán)的電解質(zhì)可以為電池提供一個冷卻系統(tǒng)；（2 ）電解質(zhì)被不斷地攪拌和混合（ 3 ）電解質(zhì)循環(huán)就可以使產(chǎn)生的水進入循環(huán)，而無需在陽極蒸發(fā)；（4 ）如果電解質(zhì)與 CO 2反應過多，可以用新溶液來更換。9、熔融碳酸鹽燃料電池中目前被普遍使用的隔膜基本材料是哪種？其主要作用有哪些？ 目前被普遍使用的隔膜基本材料為 LiAlO 2 。隔離電池陽極與陰極的電子絕緣

7、體；碳酸鹽 電解質(zhì)的載體； CO32- 離子運動的通道；浸滿熔鹽后是氣體的不透層。*10 、在 SOFC 中固體電解質(zhì)需要具備哪些基本條件？ 電解質(zhì)必須具備以下條件：高的離子電導率和可以忽略的電子電導率；在氧化和還原氣 氛中具有良好的穩(wěn)定性；能夠形成致密的薄膜；足夠的機械強度；較低的價格等。11、 在PEMFC中流場的主要作用是什么？試列舉至少4種主要流場類型。流場的作用是引導反應氣流動方向，確保反應氣均勻分配到電極各處，經(jīng)擴散層到達催 化層參與電化學反應。流場主要有：網(wǎng)狀，多孔，平行溝槽，蛇形和交指狀等。12、超級電容器按原理不同可以分為哪幾類？其能量存儲原理分別是怎樣的？超級電容器器按原理

8、不同可以分為雙電層電容及法拉第贗電容。雙電層電容原理是由于正負離子在固體電極與電解液之間的表面上分別吸附,造成兩固體電極之間的電勢差 ,從而實現(xiàn)能量的存儲。贗電容原理則是利用在電極表面及其附近發(fā)生在一定電位范圍內(nèi)快速可逆 法拉第反應來實現(xiàn)能量存儲。*13 、屬氧化物為電極的超級電容器為何比雙電層電容器有更大的電容和更高能量密度？ 其充放電過程與雙電層電容器基本相同，不同的是其儲存電荷的過程不僅包括雙電層上 的存儲，而且包括電解液中離子在電極活性物質(zhì)中發(fā)生氧化還原反應而將電荷儲存于電極 中。不僅發(fā)生在電極表面，而且可深入電極內(nèi)部，通常有更大的電容和更高的能量密度。14 、與蓄電池相比，超級電容器

9、有哪些優(yōu)勢和劣勢？ 優(yōu)點：高功率密度：輸出功率密度高達數(shù) KW/kg, 一般蓄電池的數(shù)十倍；極長的充放電循 環(huán)壽命：循環(huán)壽命可達萬次以上；非常短的充放電時間： 0.1-30s 即可完成；溫度特性 好：工作溫度范圍寬；節(jié)約能源；綠色環(huán)保。缺點：如果使用不當會造成電解質(zhì)泄漏等現(xiàn)象；比能量較低。*15 、以導電聚合物為電極材料的超級電容器的電容量主要由哪種方式提供？其作用機理 如何？導電聚合物電極材料的電容量主要也是由法拉第準電容提供的。其作用機理是，通過導 電聚合物在充放電過程中的氧化還原反應，在聚合物中發(fā)生快速可逆的 n 型或 p 型元素摻 雜和去摻雜氧化還原反應，使聚合物達到很高的儲存電荷密度

10、，產(chǎn)生很高的法拉第準電容 而實現(xiàn)電能儲存。三、論述題*1 、電極過程的一般步驟有哪些？ 反應物粒子向電極表面附近遷移液相傳質(zhì)步驟。 前置表面轉(zhuǎn)化步驟。電子轉(zhuǎn)移步驟或電化學步驟。隨后的表面轉(zhuǎn)化步驟或后置的表面轉(zhuǎn)化步驟。產(chǎn)物粒子自電極表面向溶液內(nèi)部或向液態(tài)電極內(nèi)部疏散的單元步驟液相傳質(zhì)步驟。 或是：反應產(chǎn)物生成新相如生成氣相、固相沉積層等新相生成步驟。2、什么是電化學？電化學反應有何特點？電化學是研究第一類導體與第二類導體的界面及界面上所發(fā)生的一切變化的科學。 電化學反應特點：a 、電化學反應是一種特殊的氧化還原反應。特殊性在于氧化、還原兩反應在不同的位置 上進行，即在不同的界面上發(fā)生的，在空間上

11、是分開的。b、電化學反應是一種特殊的異相催化反應。電化學反應發(fā)生在兩類導體的界面，固相為電極，電極具備催化性質(zhì)，但催化性質(zhì)與電極電勢有關。c、氧化反應和還原反應是等當量進行的，即得電子數(shù)與失電子數(shù)相同。d 、氧化反應和還原反應互相制約，又各具獨特性。制約性體現(xiàn)在兩個反應同時進行，且電子得失數(shù)相同。獨立性體現(xiàn)在兩個反應分別在不同位置進行。3、為什么不能用普通電壓表測量電動勢？應該怎樣測量？電池與伏特計接通后有電流通過，在電池兩極上會發(fā)生極化現(xiàn)象，使電極偏離平衡狀 態(tài)。另外，電池本身有內(nèi)阻，伏特計所量得的僅是不可逆電池的端電壓。因此電池電動勢 不能直接用伏特表來測定。利用電位差計可在電池無電流（或

12、極小電流）通過時測得其兩極間的電勢差，即為該電 池的平衡電動勢。具體測試方法為：在待測電池上并聯(lián)一個大小相等，方向相反的外加電 勢，這樣待測電池中就沒有電流通過，外加電勢差的大小就等于待測電池的電動勢。4、試分析 DMFC 與 PEMFC 在結(jié)構(gòu)上的不同之處。H+ 與電子，而且還產(chǎn)1）由甲醇陽極氧化電化學方程可知，當甲醇陽極氧化時，不但產(chǎn)生生氣體 CO2 ，因此盡管反應物 CH30H 與 H20 均為液體，仍要求電極具有憎水孔。而且由 水電解工業(yè)經(jīng)驗可知，對析氣電極，尤其是采用多孔氣體擴散電極這類立體電極時，電極 構(gòu)成材料極易在析出的反應氣作用下導致脫落、損失，進而影響電池壽命。因此與PEMF

13、C 相比，在 DMFC 陽極結(jié)構(gòu)與制備工藝優(yōu)化時，必須考慮 CO2 析出這一特殊因素。2 ）當采用甲醇水溶液作燃料時，由于陽極室充滿了液態(tài)水， DMFC 質(zhì)子交換膜陽極側(cè)會 始終保持在良好的水飽和狀態(tài)下。但與 PEMFC 不同的是，當 DMFC 工作時不管是電遷移 還是濃差擴散，水均是由陽極側(cè)遷移至陰極側(cè)，即對以甲醇水溶液為燃料的 DMFC ，陰極 需排出遠大于電化學反應生成的水。因此與 PEMFC 相比， DMFC 陰極側(cè)不但排水負荷增 大，而且陰極被水掩的情況更嚴重，在設計 DMFC 陰極結(jié)構(gòu)與選定制備工藝時必須考慮這 一因素。*5 、管型 SOFC 電池組與平板型 SOFC 電池組相比各

14、有何特點？管型 SOFC 電池組由一端封閉的管狀單電池以串聯(lián)、并聯(lián)方式組裝而成。管型 SOFC 的優(yōu)點： a. 單電池間的連接體設在還原氣氛一側(cè)，這樣可使用廉價的金屬材料 作電流收集體。 b. 單電池采用串聯(lián)、并聯(lián)方式組合到一起，可以避免當某一單電池損壞時 電池組完全失效。用鎳氈將單電池的連接體聯(lián)結(jié)起來，可以減小單電池間的應力。c. 電池組相對簡單，容易通過電池單元之間并聯(lián)和串聯(lián)組成大功率的電池組。 d. 一般在很高的溫 度下操作，主要用于固定電站，高溫 SOFC 一般采用管型結(jié)構(gòu)。管式 SOFC 的缺點：電流 通過的路徑較長，限制了 SOFC 的性能。平板型 SOFC 的空氣電極 /YSZ

15、固體電解質(zhì) / 燃料電極燒結(jié)成一體，組成“三合一”結(jié) 構(gòu)。平板型 SOFC 的優(yōu)點：“三合一”組件制備工藝簡單，造價低，電流收集均勻，流經(jīng)路徑 短，使平板型電池的輸出功率密度較管式高。平板型 SOFC 的缺點：密封困難、抗熱循環(huán)性能差、難以組裝成大功率電池組。6、PEMFC 有哪些主要特點和用途？其主要應用領域有哪些？除了具有 FC 的一般優(yōu)點外， PEMFC 還具有：室溫下快速啟動；無電解質(zhì)液流失；比功 率和比能量高；壽命長?？捎糜诜稚㈦娬荆苿与娫?，是電動車、移動通訊和潛艇等的理想電源，也是最佳的家庭動力源。PEMFC 的主要應用領域可分為以下三大類： 1）用作便攜電源、小型移動電源，適用

16、于軍事、通訊、計算機等2）用作交通工具動力，如摩托車、汽車、火車、船舶等3）用作分散型電站，適于用作海島、山區(qū)、邊遠地區(qū)或新開發(fā)地區(qū)電站。胡友根老師重點：四種電池的正負極、電解液、反應、電池的基本組成、鉛酸電池：正極活性物質(zhì)：二氧化鉛。負極活性物質(zhì)：海綿狀金屬鉛。電解液：稀硫酸水溶液 電壓 2V基本組成：正負極（活性物質(zhì)和板柵組成）、電解液、隔板、電池槽。1、板柵的組成和作用：組成： pb-sb 合金和 pb-ca 合金作用：活性物質(zhì)的載體，在電池的制造過程中，鉛膏就涂覆在他上面，活性物質(zhì)考板柵來 保持和支撐； 集流體，它負擔著電池在充放電過程中電流的傳導，集散作用并使電流分布 均勻。2、鉛酸

17、電池正負極的轉(zhuǎn)變過程，鉛酸電池的雙硫酸鹽化。負櫛反應 Pb+HSO4+2ePbO2+3II-IISO4+2ePbSO4+ILO電利反應 PbPbO,i2H+i2HSO4 警由于放電時，正負極都生成PbS04，所有該成硫理論叫“雙硫酸鹽化理論”3、什么是鉛酸電池的負極不可逆硫酸鹽化極板的硫酸鹽化也程不可逆硫酸鹽化，這種現(xiàn)象是由于電池的維護不當造成。所謂負極 不可逆硫酸鹽化，是負極負極活性物質(zhì)在一定條件下生成堅硬而粗大的硫酸鉛，它不同于 鉛在正常反應時生成的硫酸鉛，幾乎不溶解，所以在電池充電時很難或者不能轉(zhuǎn)化為活性 物質(zhì)-海綿鉛，是電池容量大大降低。特征：（1）充電時電壓上升快，放電時電壓下降迅速

18、；（2 ）充電時氣泡產(chǎn)生過早；（3）電解液密度低于正常值；（4 ）極板表面生成白色粒狀斑點；（5）電池容量明顯下降。防止：及時充電，不要過放電。4、生極板：沒有經(jīng)過化成的電池極板。5、極板化成：極板化成是指利用化學和電化學反應使極板轉(zhuǎn)化成具有電化學特性的正、負極板的過程。6、化成原理比成劇按板上飽竝化學反兇利電化學舷ft學反應HjOi+3U;SOJ4Pb$OJ44H2O+俺酸一中和反應7、鉛負極鈍化：海綿狀鉛的表面上生成致密的硫酸鉛層是鈍化的原因?，F(xiàn)象：負極電極電勢 升高、電極反應遲鈍加速負極鈍化的因素：大電流放電、硫酸濃度大、放電溫度低鎘鎳電池：正極：鎳的氧化物，負極：金屬鎘 電解質(zhì)：KOH

19、溶液，電池表達式(一) Cd |KOH |NiOOH(+)正極反應：2NiOOH+2e+2H2o 2Ni(OH)2+2OH電壓 1.25V負極反應：Cd +2OH -Cd(OH)2+2e1、鎘鎳電池的密封原因、原理、措施。原因：鎘鎳電池使用時不可避免的產(chǎn)生氣體，氣體溢出時會帶出電解液，腐蝕設備，而且要經(jīng)常補加電解液。開口電池中KOH電解液會發(fā)生碳酸酸化，降低電解液的電導率。影響電池壽命和性能。如果把電池密封就能解決以上問題。原理：電池密封最重要的條件是，防止儲存時產(chǎn)生氣體和消除工作時產(chǎn)生的氣體。鎘鎳電池是堿性不會發(fā)生自溶解而析出氫氣，另外負極海綿狀技術Cd具有很強的氧化合能力，正極充放電時產(chǎn)生

20、的氧氣，只要擴散到負極，和容易于Cd進行化學反應或電化學反應而吸收掉。措施：負極大容量大于正極的容量，控制電解液用量，采用微孔隔膜，采用 多孔薄型電極，采用反極保護，使用密封安全閥，正確使用和維護。金屬氫化物鎳電池( MH-Ni 電池) 正極：氧化鎳，負極：金屬氫化物 電解液： KOH 溶液。 電壓 1.2-1.3V 正極反應 ;NiOOH+H2o+e Ni(OH)2+OH負極反應： MH+ OH-M + H2o + e1、什么是儲氫合金：是金屬氫化物，在常溫常壓下能與氫反應，成為金屬氫化物，通過 加熱或減壓可以降儲存的氫釋放出來，通過冷卻或加壓又可以再次吸收氫，金屬氫化物氫 密度比液氫還高，

21、因而可以用于儲氫。2、儲氫合金的過程和原理：過程一定溫度和壓力下，儲氫合金和氣態(tài)氫可逆反應生成氫化物 ;儲氫合金吸收氫是要放出熱量，這個反應可逆性很好，反應速率很快整個過程分成三 部分在合金吸收氫的初始階段形成含氫固溶體a相，合金結(jié)構(gòu)保持不變M+x / 2H2-MHx當情的吸收達到飽和后，固溶體進一步與氫反應，生成金屬氫化物相B相MHx+(y-x)/ 2H2-MHy+Q.進一步增加氫壓，合金中的氫含量略有增加。鋰離子電池 鋰離子電池的定義：指以兩種不同的能夠可逆地插入及脫出鋰離子的嵌鋰化合物分別作為電池正極和負極的二次電池體系。(-)LiC6 | LiCI4-PC+EC I LiCoO2 (+

22、 ) 3.6V負極反應： 6C+xLi o +xeLixC6正極反應： LiMO2 xLio+Li1-xMO2+xe ( M=Co 、 Ni) 1、鋰離子電池的正極材料有哪些 ;作為理想的鋰離子電池正極材料，鋰離子嵌入化合物必須滿足以下要求：具有較高的氧化還原電位，保證鋰離子電池的高電壓特性；允許大量的鋰離子嵌入脫出，保證鋰離子電池的高容量特性；嵌入脫出過程的可逆性好，充放電過程中材料結(jié)構(gòu)變化較??；鋰 離子能夠快速的嵌入和脫出，具有高的電子電導率和離子電導率；在電解液中化學穩(wěn)定性好；低廉，容易制備，對環(huán)境友好等。主要有鉻酸鋰(LiCoO2)、錳酸鋰 ( LiMnO2) 、鎳酸鋰另算亞鐵鋰( LiFePO4). 等具體所列六種(1) 鈷酸鋰 (LiCoO2) ： 優(yōu)點：可逆性、放電容量、充放電效率、電壓的穩(wěn)定性等 .缺點：鈷為稀有金屬 ,成本高，產(chǎn)地比較集中；存在供給不穩(wěn)定問題；容易過充(2) 鋰錳氧化物a、尖晶石型LixMn2O4b、層狀 LiMnO2(3 )鎳酸