化學(xué)電源原理課件

1、參考書目1.化學(xué)電源原理、技術(shù)與應(yīng)用，陳軍, 陶占良, 茍興龍， 化學(xué)工業(yè)出版社, 20062.新型化學(xué)電源技術(shù)概論，李國欣，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社, 20073.鋰離子電池原理與關(guān)鍵技術(shù)，黃可龍, 王兆翔, 劉素琴， 化學(xué)工業(yè)出版社, 20084.燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，許世森, 程健，中國電力出版社, 2006 主要內(nèi)容第一章 化學(xué)電源概述第二章 電池基本參數(shù)第三章 鋰離子電池第四章 燃料電池第五章 濃差電池 構(gòu)成化學(xué)電源的必要條件化學(xué)電源涉及到的化學(xué)反應(yīng)為氧化還原反應(yīng)，或者在整個反應(yīng)過程中經(jīng)歷了氧化還原作用 。 進行氧化還原反應(yīng)時，電子只能通過外線路傳遞，而不能在化學(xué)電源內(nèi)部進行。否則在電源內(nèi)形成

2、閉合回路，變成短路狀態(tài) ?；瘜W(xué)電源中進行的反應(yīng)必須是自發(fā)進行的。電池反應(yīng)能否進行，以及進行的趨勢如何，取決于反應(yīng)體系的吉布斯自由能變化 。 兩電極間必須要有離子導(dǎo)電性的電解質(zhì)，提供電池內(nèi)部離子導(dǎo)電 2022/7/19化學(xué)電源組成 化學(xué)電源都由五個部分組成 ， 即正極 、 負(fù)極 、 電解質(zhì) 、 隔膜和外殼。 電極：電極 （包括正極和負(fù)極） 是電池的核心部分，它的主要成分是活性物質(zhì)，其次是導(dǎo)電骨架等輔助成分，也可能含有一些添加劑。 電解質(zhì)：在電池內(nèi)部擔(dān)負(fù)著在正負(fù)極之間傳遞電荷的作用 ， 所以通常選用具有高離子導(dǎo)電性的物質(zhì) 。 隔膜：置于電池兩極之間，其作用是防止正負(fù)極活性物質(zhì)直接接觸而造成電池內(nèi)部

3、短路，并使正負(fù)極之間盡可能保持小的距離,使電池具有較小內(nèi)阻 。 外殼：電池的容器，電池的外殼需要有良好的機械強度，抗震動，耐沖擊，并能耐高低溫變化和電解液的腐蝕等。 2022/7/19化學(xué)電源分類化學(xué)電源的工作性質(zhì)及使用特征，可分為一次電池、二次電池、貯備電池和燃料電池四種類型： 一次電池 ： 即原電池，是一種隨著化學(xué)變化體系的自由能減少，并將這些減少的自由能直接轉(zhuǎn)換成電能輸出的裝置。 二次電池：也稱為蓄電池或貯能電池電池在工作時 ， 在兩極上進行的反應(yīng)均為可逆反應(yīng)。因此可用充電的方法使兩極活性物質(zhì)恢復(fù)到初始狀態(tài)，使電池得以再生，充電和放電能夠反復(fù)多次，循環(huán)使用 。 貯備電池：一種特殊的一次電

4、池，其正負(fù)極活性物質(zhì)和電解質(zhì)在貯存期間不直接接觸，直到使用時才借助動力源作用于電解質(zhì)，使電池激活，所以這種電池也稱為激活電池。 燃料電池：又稱為連續(xù)電池，它的特點是正負(fù)極本身不包含活性物質(zhì) ， 其活性物質(zhì)貯存在電池體系之外 ，只要將活性物質(zhì)連續(xù)地注入電池，電池就能夠持續(xù)不斷地放電。 2022/7/19主要內(nèi)容第一章 化學(xué)電源概述第二章 電池性能參數(shù)第三章 鋰離子電池第四章 燃料電池第五章 濃差電池 電動勢 電池在斷路條件下，正負(fù)極間的平衡電勢之差，即為電池的電動勢。若電池中所有物質(zhì)都處于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，則電池的電動勢就是標(biāo)準(zhǔn)電動勢，其值等于正、負(fù)極標(biāo)準(zhǔn)電極電勢之差。電池電動勢的大小由電池中進行的反應(yīng)

5、性質(zhì)和條件決定，與電池的形狀、尺寸無關(guān)。電動勢是電池產(chǎn)生電能的推動力，電動勢愈高的電池。理論上輸出的能量就愈大。 電動勢計算方法有兩種： 直接由電池反應(yīng)計算電池的電動勢：E = G/nF ，其中G為反應(yīng)的吉布斯自由能。 電極電勢計算電池電動勢： E = +- ，其中+為正極電勢， -為負(fù)極電勢。2022/7/19容量和比能量理論容量。系指根據(jù)參加電化學(xué)反應(yīng)的活性物質(zhì)電化當(dāng)量數(shù)計算得到的電量。 額定容量。系指在設(shè)計和生產(chǎn)電池時，規(guī)定或保證在指定的放電條件下電池應(yīng)該放出的最低限度的量。 實際容量。系指在一定的放電條件下 ， 即在一定的放電電流和溫度下，電池在終止電壓前所能放出的電量 。 電池的輸出

6、能量是指在一定的放電條件下電池所能做出的電功，它等于電池的放電容量和電池平均工作電壓的乘積。 2022/7/19開路電壓、充放電電壓和內(nèi)阻 開路電壓：無負(fù)荷情況下的電池電壓。開路電壓不等于電池的電動勢 ， 它通常接近電池的電動勢，但總是小于電動勢 。 充電電壓：僅對二次電池充電而言：為充電時該二次電池的端電壓 。 放電電壓：電池處于工作狀態(tài)時的端電壓。 內(nèi) 阻：為歐姆內(nèi)阻和極化內(nèi)阻之和 。歐姆內(nèi)阻， 它包括電解液的歐姆電阻、電極上的固相歐姆電阻和隔膜的電阻。極化內(nèi)阻，是指電池工作時正極和負(fù)極的極化引起的阻力所相當(dāng)?shù)臍W姆阻抗 。 2022/7/19放電曲線 電池的容量與電池的放電條件有極大的關(guān)系

7、。所謂放電條件，主要是指放電電流強度（放電倍率 ）、放電形式、放電終壓和放電溫度。 電池的工作電壓 隨時間變化的曲線。電壓下降到不宜繼續(xù)放電的最 低工作電壓稱為終止電壓。放電方法主要有恒流放電和恒阻放電兩 種，還分為連續(xù)放電和 間歇放電。 根據(jù)電池的放電曲線，通?？梢源_定電池的放電性能和電池的容量。通常電池的放電曲線越平坦、穩(wěn)定、電池的性能就越好。 2022/7/192022/7/192022/7/19影響電池容量的因素2022/7/19溫度和放電電流對電池容量的影響2022/7/192022/7/19放電時率和放電倍率2022/7/19循環(huán)壽命2022/7/19影響循環(huán)壽命的因素2022/7

8、/19電池貯存性能和自放電2022/7/19發(fā)生自放電的原因2022/7/192022/7/19主要內(nèi)容第一章 化學(xué)電源概述第二章 電池性能參數(shù)第三章 鋰離子電池第四章 燃料電池第五章 濃差電池 鋰離子電池特點 鋰離子電池組成 工作原理 鋰離子電池電壓 正極材料 負(fù)極材料 電解液 應(yīng)用前景 主要內(nèi)容第一章 化學(xué)電源概述第二章 電池性能參數(shù)第三章 鋰離子電池第四章 燃料電池第五章 濃差電池 燃料電池特點 燃料電池類型 燃料電池工作原理 燃料電池系統(tǒng) 堿性燃料電池（AFC） 磷酸型燃料電池（PAFC） 熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC） 固體氧化物燃料電池（SOFC） 主要內(nèi)容第一章 化學(xué)電源概述第二章 電池性能參數(shù)第三章 鋰離子電池第四章 燃料電池第五章 濃差電池 濃差電池的形成 濃差電池的應(yīng)用-氧傳感器隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，由汽車尾氣中的廢氣引起的空氣污染問題越來越引起人們的關(guān)注在汽車尾氣控制系統(tǒng)中引入固體電解質(zhì)氧傳感器，可有效降低空氣污染并提高汽車的燃油效率2022/7/19氧傳感器的結(jié)構(gòu)及響應(yīng)原理-電勢型結(jié)構(gòu)：PO2 (ref), Pt|Y2O3-ZrO2 |Pt, PO2 (test)半反應(yīng)：4e- + O2(test) 2O22-2O22- 4e- + O2(ref)能斯特方程：2022/7/19氧