電化學(xué)全套課件

應(yīng)用電化學(xué)

緒論§1.1前言§1.2電化學(xué)科學(xué)的發(fā)展簡史§1.3電化學(xué)科學(xué)涉及的領(lǐng)域§1.4我國著名電化學(xué)家簡介§1.1前言1.什麼是應(yīng)用電化學(xué)----從氯堿工業(yè)說起現(xiàn)已形成三大電化學(xué)工業(yè)體系：電解、電池、電分析。電化學(xué)應(yīng)用範(fàn)圍很廣，在國民經(jīng)濟很多部門發(fā)揮巨大作用。電化學(xué)的實際應(yīng)用大致分為：（1）電化學(xué)合成：如氯堿工業(yè)、合成己二腈。（2）金屬的提取與精煉：熔鹽電解制鋁、精煉銅。（3）化學(xué)電源：1859年普蘭特（Planet）發(fā)明了鉛酸電池。鋅錳電池；太陽能電池、燃料電池、手機中的鋰電池等。（4）金屬腐蝕與防護：電化學(xué)腐蝕與防護、緩蝕劑。（5）物體表面修飾：電鍍、電泳塗漆。（6）電化學(xué)分離技術(shù)：電滲析、電浮離等。（7）電化學(xué)分析技術(shù)：應(yīng)用於工農(nóng)業(yè)、環(huán)保及醫(yī)藥衛(wèi)生等。2.電化學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域§1.2電化學(xué)科學(xué)的發(fā)展簡史1.電化學(xué)熱力學(xué)發(fā)展（1799~1905）

1799義大利物理學(xué)家伏打發(fā)明第一個化學(xué)電源1833法拉第定律1870亥姆霍茨提出雙電層概念

1889能斯特提出電極電位公式

1905塔菲爾提出塔菲爾公式2.電化學(xué)動力學(xué)發(fā)展（20世紀(jì)40年代）電化學(xué)動力學(xué)：研究電極反應(yīng)速度及其影響因素弗魯姆金等析氫過程動力學(xué)雙電層結(jié)構(gòu)研究取得進(jìn)展格來亨用滴汞電極研究兩類導(dǎo)體介面3.理論和實驗技術(shù)突破性進(jìn)展（20世紀(jì)60年代）

理論方面：非穩(wěn)態(tài)傳質(zhì)過程動力學(xué)表面轉(zhuǎn)化步驟複雜電極過程電子傳遞理論R.A.Marcus1992諾貝爾化學(xué)獎

實驗技術(shù)方面：介面交流阻抗法暫態(tài)測試方法線性電位掃描法旋轉(zhuǎn)圓盤電極系統(tǒng)電化學(xué)in-situ測試技術(shù)4.電化學(xué)理論新發(fā)展（20世紀(jì)80年代以後）

將量子力學(xué)引進(jìn)電化學(xué)領(lǐng)域形成量子電化學(xué)。與環(huán)境科學(xué)結(jié)合形成環(huán)境電化學(xué)。與材料結(jié)合形成材料電化學(xué)。與光結(jié)合形成光電化學(xué)。

與半導(dǎo)體結(jié)合形成半導(dǎo)體電化學(xué)。與生物化學(xué)結(jié)合形成生物電化學(xué)等等。

德國科學(xué)家（GerhardErtl）因?qū)腆w表面化學(xué)研究取得的傑出成就榮獲2007年度諾貝爾化學(xué)獎。

10月10日，瑞典皇家科學(xué)院發(fā)佈的頒獎聲明稱，埃特爾在表面化學(xué)方面進(jìn)行了開創(chuàng)性的研究，這些研究對化學(xué)工業(yè)非常重要，同時也幫助人們理解各種不同的化學(xué)過程，比如鐵是如何生銹的、燃料電池如何工作以及汽車催化劑如何發(fā)揮作用，甚至可以解釋臭氧層為何遭受破壞等等。（1）電化學(xué)概念內(nèi)涵的改變電化學(xué)（近代約1800-1940年）電化學(xué)是研究電能和化學(xué)能之間的相互轉(zhuǎn)化及轉(zhuǎn)化過程中有關(guān)現(xiàn)象的科學(xué)。電化學(xué)（現(xiàn)代約1940-1980年）是研究帶電介面上所發(fā)生現(xiàn)象的科學(xué)。電化學(xué)（1980年以後）是控制離子、電子、量子、導(dǎo)體、半導(dǎo)體、介電體間的介面及本體溶液中荷電粒子的存在和移動的科學(xué)技術(shù)。電化學(xué)是邊緣學(xué)科interdisciplinary/多領(lǐng)域跨學(xué)科multidisciplinar/超領(lǐng)域transdisciplinary

量子電化學(xué)quantumelectrochemistry1999年提出了“電化學(xué)材料科學(xué)（ElectrochemicalMaterialsScience，EMS）”的概念。§1.3電化學(xué)科學(xué)涉及的領(lǐng)域目前國際上認(rèn)為，電化學(xué)材料科學(xué)可劃分為材料的電化學(xué)製備學(xué)、材料的電化學(xué)、電化學(xué)的材料學(xué)三個大的方面.具體研究內(nèi)容包括能源材料、材料電化學(xué)製備、電極材料、電解材料、電池材料、表面工程、電化學(xué)加工、電化學(xué)傳感資訊材料、材料腐蝕與防護技術(shù)、材料的電化學(xué)表徵等。特徵：電化學(xué)領(lǐng)域橫跨純自然科學(xué)（理學(xué)）和應(yīng)用自然科學(xué)（工程、技術(shù)）兩大方面，而且各個領(lǐng)域都建立在共同的基礎(chǔ)（電化學(xué)）之上。1980年以後在跨學(xué)科和邊緣領(lǐng)域取得了極大的進(jìn)展。應(yīng)用領(lǐng)域非常廣，這也表現(xiàn)在學(xué)術(shù)組織上，目前國際電化學(xué)學(xué)會（internationalsocietyofelectrochemistry,縮寫ISE）將其會員的活動分為8個大組進(jìn)行，各自涵蓋的學(xué)術(shù)領(lǐng)域如下:

一、介面電化學(xué)固/液導(dǎo)電表面和介面的結(jié)構(gòu)狀況雙電層結(jié)構(gòu)電子和離子轉(zhuǎn)移過程的理論電催化理論光電化學(xué)電化學(xué)體系的統(tǒng)計力學(xué)和量子力學(xué)方法二、電子導(dǎo)電相和離子導(dǎo)電相金屬、半導(dǎo)體、固態(tài)離子導(dǎo)體、熔鹽、電解質(zhì)溶液、離子/電子導(dǎo)電聚合物，以及嵌入化合物等的熱力學(xué)和傳輸性質(zhì)。三、分析電化學(xué)用於化學(xué)分析、檢測和過程控制的電化學(xué)方法與裝置（如直流電法、交流電法和電位法等技術(shù)）電化學(xué)感測器（包括離子選擇性電極和固態(tài)器件）。四、分子電化學(xué)無機物、有機物和金屬有機化合物電極過程的機理和結(jié)構(gòu)狀況，以及在合成中的應(yīng)用。五、電化學(xué)能量轉(zhuǎn)換能量的電化學(xué)產(chǎn)生、傳輸和儲存蓄電池燃料電池光電化學(xué)過程與裝置六、腐蝕、電沉積和表面處理材料腐蝕與保護的電化學(xué)鈍化電化學(xué)固相沉積與溶解過程的理論應(yīng)用（包括電鍍、電拋光、微建造和電化學(xué)成型）七、工業(yè)電化學(xué)和電化學(xué)工程工業(yè)電化學(xué)過程的基本概念及工藝學(xué)環(huán)境及能量狀況電解槽設(shè)計、放大與優(yōu)化電化學(xué)反應(yīng)器理論品質(zhì)、動量和電量傳遞的基本問題工程應(yīng)用的電化學(xué)裝置八、生物電化學(xué)生物體系組分的氧化還原過程生物膜及其模型物的電化學(xué)電化學(xué)生物感測器電化學(xué)技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用由此可見，現(xiàn)代電化學(xué)是一門交叉學(xué)科，也是應(yīng)用前景非常明顯的學(xué)科。在過去的半個世紀(jì)中，電化學(xué)已為解決能源、材料、環(huán)境等的相關(guān)問題發(fā)揮了不可低估的作用，毫無疑問，在21世紀(jì)中該學(xué)科必將繼續(xù)為解決人類面臨的這些重大問題發(fā)揮更加顯著的作用。1．高性能儲氫/制氫和儲鋰新體系及聚合物電解質(zhì)中氫離子和鋰離子的傳輸機理

2．直接型燃料電池新體系和生物燃料電池；

3．用輕元素及其化合物組成儲/制氫材料及可充電多電子過渡金屬化合物電極；

4．超級電容器和氧化還原液流電池等特殊電化學(xué)儲電裝置；

5．質(zhì)子膜燃料電池的成流機理和衰退機理和新型質(zhì)子膜材料；

6．（公交）車用動力電池的衰退機理和迴圈及再生回收；

7．基於光電化學(xué)原理的新光伏電池體系和電池運行新型機制。

我國電化學(xué)“十一五”學(xué)科發(fā)展規(guī)劃一移動式電源和再生式能源是當(dāng)今能源發(fā)展中的重要方面發(fā)展各類材料的電化學(xué)製備新方法

1．電化學(xué)方法製備新型環(huán)境友好和生物醫(yī)用材料；

2．新型低能耗的電化學(xué)製備材料方法；3．基於電化學(xué)原理的新型微米/納米加工方法；

4．基於離子液體體系的電化學(xué)新方法等；

5．材料保護、防腐、迴圈使用(包括材料表面處理)的電化學(xué)新方法。1．生物膜與仿生介面的電荷傳輸、物質(zhì)傳輸與能量轉(zhuǎn)換以及生物膜內(nèi)源性電場的實驗和理論；

2．生命活動過程中的電生理現(xiàn)象（肌肉、神經(jīng)、腦等等）的電化學(xué)機制探索；

3．研究生物大分子的電子傳遞機制及分子間弱相互作用的（譜學(xué)）電化學(xué)方法；

4．對細(xì)胞各種行為的影響和控制的電化學(xué)方法；

5．生命活動過程電活性粒子（物質(zhì)）的定向有序?qū)Ｒ坏膫鬟f、傳導(dǎo)或轉(zhuǎn)移。

基於生命體系中廣泛存在（電解質(zhì)）水和各類電荷傳輸?shù)奶攸c，電化學(xué)在生命領(lǐng)域所扮演的重要角色將日益凸現(xiàn)1．晶片、微感測器和微系統(tǒng)製造過程中的電化學(xué)技術(shù)和理論;

2．結(jié)合微系統(tǒng)技術(shù)製備微電解池和微電池體系以及組合電化學(xué)體系；

3．基於微系統(tǒng)技術(shù)的電化學(xué)感測器微型化和集成化；

4．超分子化學(xué)、自組裝、分子印跡和分子遺傳學(xué)等在電化學(xué)感測器的應(yīng)用；5．電化學(xué)法制備納米器件或分子器件的探索。四電化學(xué)在資訊和環(huán)境領(lǐng)域中的最大挑戰(zhàn)是在微晶片、微感測器和微系統(tǒng)製造方面的研究工作1．複雜電化學(xué)相界（如三相界、固－固、膜－液、液－液等）的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)與過程；

2．微米/納米尺度上的複雜（限域）電化學(xué)體系和相關(guān)過程的實驗和理論方法；

3．複雜體系（凝聚相、膜、超微孔、凝膠）中的離子/電子輸運過程的理論與實驗；

4．電化學(xué)方法與現(xiàn)代物理表徵技術(shù)和生物技術(shù)相結(jié)合的實驗與理論等。五電化學(xué)在以上學(xué)科交叉領(lǐng)域中所面臨的挑戰(zhàn)也對於電化學(xué)自身發(fā)展和解決本學(xué)科重大問題帶來難得機遇查全性，江蘇南京人，中國科學(xué)院院士1925生，1950年畢業(yè)於武漢大學(xué)化學(xué)系。1957年赴蘇聯(lián)莫斯科大學(xué)進(jìn)修。歷任武漢大學(xué)副教授、教授、化學(xué)系主任，中國科學(xué)院化學(xué)部委員，國務(wù)院學(xué)位委員會第二屆學(xué)科評議組成員，中國化學(xué)會第二十二屆常務(wù)理事。專於電化學(xué)。1979-1984年期間擔(dān)任武漢大學(xué)化學(xué)系主任。先後擔(dān)任《化學(xué)學(xué)報》、《高等化學(xué)學(xué)報》和《物理化學(xué)學(xué)報》等學(xué)術(shù)期刊編委。

1.4我國著名電化學(xué)家簡介近五十年來一直從事有關(guān)電化學(xué)的教學(xué)和研究工作，研究領(lǐng)域涉及電極/溶液介面的吸附、電化學(xué)催化、半導(dǎo)體電化學(xué)、高比能化學(xué)電源、燃料電池、生物電化學(xué)等，迄今已在國內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表200餘篇科學(xué)論文。80年代以來主要從事光電化學(xué)催化、高比能鋰電池及生物酶電極研究，並創(chuàng)建了適用於研究粉末材料電化學(xué)性質(zhì)的粉末微電極方法。其研究成果表面活性劑吸附規(guī)律、電化學(xué)催化等工作於1987年獲得國家自然科學(xué)三等獎。所著“電極過程動力學(xué)導(dǎo)論”是我國電化學(xué)界普遍使用的教材和參考書。

田昭武，福建福州市人，男，廈門大學(xué)教授，中國科學(xué)院院士，英國威爾士大學(xué)名譽理學(xué)博士，固體表面物理化學(xué)國家重點實驗室主任，中國科協(xié)全國委員，國際電化學(xué)學(xué)會會刊副主編，《電化學(xué)》主編，中國人民政治協(xié)商會議全國常務(wù)委員。

1949年廈門大學(xué)化學(xué)系畢業(yè),歷任廈門大學(xué)校長,中國化學(xué)會理事長,福建省科協(xié)主席,國家教委化學(xué)教學(xué)指導(dǎo)委員會主任委員,國際電化學(xué)學(xué)會理事及第46屆年會主席，國際太陽能光化學(xué)轉(zhuǎn)化與儲存會議組織委員及第九屆會議主席。曾獲:1986年國家教委科技進(jìn)步一等獎,1987年國家教委科技進(jìn)步二等獎,1987年國家自然科學(xué)三等獎,1990年國家發(fā)明三等獎等。田中群，物理化學(xué)家。廈門大學(xué)教授。1955年生於福建廈門。1982年畢業(yè)於廈門大學(xué)化學(xué)系，1987年獲英國南安普敦大學(xué)化學(xué)系博士學(xué)位?，F(xiàn)任固體表面物理化學(xué)國家重點實驗室主任，英國皇家化學(xué)會高級會員。2005年當(dāng)選為中國科學(xué)院院士。2008年3月當(dāng)選為第十一屆全國政協(xié)常委。

1999獲香港求是基金會“傑出青年學(xué)者獎”，2001年被聘為長江學(xué)者計畫特聘教授，2001年獲中國高?？茖W(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎?，F(xiàn)為國際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(IUPAC)物理化學(xué)和生物物理化學(xué)委員會銜稱委員，英國皇家化學(xué)會資深會員，國際拉曼光譜大會執(zhí)行委員會委員，中國化學(xué)會電化學(xué)委員會主任。擔(dān)任ChemComm.,J.RamanSpectroscopy，Phys.Chem.Chem.Phys.，《中國科學(xué)》等雜誌的顧問編委或編委。汪爾康，1933年5月生於鎮(zhèn)江電分析化學(xué)的領(lǐng)軍人物，中科院院士1952年畢業(yè)於上海市滬江大學(xué)化學(xué)系。畢業(yè)後分配到長春應(yīng)用化學(xué)研究所工作。1955年選派捷克斯洛伐克科學(xué)院學(xué)習(xí)，1959年獲副博士學(xué)位。回國後仍在長春應(yīng)化所供職，1982年為研究員、博士生導(dǎo)師，1992-1996年任所長，並曾兼任國家電化學(xué)和光譜分析研究中心主任等職務(wù)。1991年當(dāng)選中科院院士。中國分析測試協(xié)會副理事長，國家自然科學(xué)基金委(環(huán)境)分析化學(xué)學(xué)科基金評審組組長，化學(xué)科學(xué)部專家諮詢委員會委員，中國化學(xué)會常務(wù)理事，分析化學(xué)委員會主任等。他在我國率先從事液/液介面電化學(xué)研究，提出並建立線性電流掃描法等多種電化學(xué)研究方法。他較早開展液相色譜/電化學(xué)的研究，提出並設(shè)計了各類微電極、陣列微電極、多指示電極及各類化學(xué)修飾電極和水/固化硝基苯薄層池電化學(xué)檢測器與液相色譜聯(lián)用，發(fā)展了一系列靈敏選擇分析各類通常較難測定的檢測物的液相色譜/電化學(xué)測定方法。董紹俊中科院院士

吳浩青

復(fù)旦大學(xué)教授中科院院士（1914-2010）江蘇宜興人。1935年畢業(yè)於浙江大學(xué)化學(xué)系，曾在浙江大學(xué)、湖南蘭田師範(fàn)學(xué)院、上海滬江大學(xué)等校任教，1952年全國院系調(diào)整來復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系執(zhí)教，歷任化學(xué)系副主任、主任。1980年當(dāng)選為中國科學(xué)院化學(xué)部委員，是我國電化學(xué)的開拓者之一，致力於銻元素電化學(xué)性質(zhì)的系統(tǒng)研究，確定了鋰的零電荷電勢，得到國際公認(rèn)，並提出了鋰電池嵌入反應(yīng)機理，撰有《物理化學(xué)》、《化學(xué)熱電力》、《電化學(xué)動力學(xué)》等專著。

1940年生於四川南充,1964年畢業(yè)於中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理系，同年到中國科學(xué)院物理研究所工作至今。其間1976～1978年赴西德馬普協(xié)會固體所進(jìn)修；1985年、1990年和1992年曾分別在法國科研中心波爾多固體化學(xué)研究所、荷蘭代爾夫特理工大學(xué)和日本東京工業(yè)大學(xué)任客座教授。2001年11月當(dāng)選為中國工程院院士。

1、他是物理所高溫超導(dǎo)材料研究負(fù)責(zé)人並參加研製出一系列世界領(lǐng)先水準(zhǔn)的高溫超導(dǎo)材料。

2、在國內(nèi)首先研製成功鋰離子電池。建成我國第一條鋰離子電池中試生產(chǎn)線，產(chǎn)品性能和成品率都處於國際先進(jìn)水準(zhǔn),解決了鋰離子電池規(guī)模化生產(chǎn)的科學(xué)技術(shù)與工程問題。參予組建了北京星恒電源公司,依靠自己的技術(shù)，以國內(nèi)設(shè)備和原材料為主，實現(xiàn)了鋰離子電池的產(chǎn)業(yè)化。

中國工程院院士陳立泉

孫世剛，教授，博士生導(dǎo)師，長江學(xué)者廈門大學(xué)教授

加拿大奎爾夫大學(xué)訪問科學(xué)家(1988-1989)

法國科學(xué)院介面電化學(xué)研究所博士後（1986-1987）

法國國家博士

(巴黎居裏大學(xué),1986)

表面電化學(xué),

電化學(xué)催化,

譜學(xué)電化學(xué),

有機電化學(xué)，納米材料和能源電化學(xué)

楊勇，教授，“閩江學(xué)者”特聘教授，博士生導(dǎo)師。固體表面物理化學(xué)國家重點實驗室研究員，“新世紀(jì)百千萬人才工程”國家級人選（2004），國務(wù)院政府特殊津貼（2006）獲得者，國家傑出青年科學(xué)基金獲得者（1999），教育部跨世紀(jì)優(yōu)秀人才（1998）。主要的研究方向為能源電化學(xué)與材料物理化學(xué)。主要學(xué)術(shù)成績包括運用多種（譜學(xué)）電化學(xué)方法對多種具有重要應(yīng)用價值的電極材料的電化學(xué)反應(yīng)過程進(jìn)行創(chuàng)新型研究，特別對幾種鋰離子電池電極材料的合成、結(jié)構(gòu)、表面修飾及其電化學(xué)性能進(jìn)行深入的研究。

陳軍，南開大學(xué)教授，教育部長江學(xué)者特聘教授、國家自然科學(xué)基金傑出青年基金獲得者、國家科技部863計畫領(lǐng)域?qū)＜?，他在新能源材料的研究方面取得了顯著的成就。

吳宇平，復(fù)旦大學(xué)教授（博導(dǎo)）

1987-1991年在湘潭大學(xué)化學(xué)系。1994年畢業(yè)於中國原子能科學(xué)研究院，獲工學(xué)碩士學(xué)位。1997年畢業(yè)於中國科學(xué)院化學(xué)研究所，獲理學(xué)博士學(xué)位。1997-1999年在清華大學(xué)從事博士後研究工作。1999-2001在日本科學(xué)技術(shù)振興事業(yè)團(JST)的資助下到日本早稻田大學(xué)應(yīng)用化學(xué)系工作，並擔(dān)任客員研究員。2001-2003年在德國洪堡基金委的資助下到開姆尼茲工業(yè)大學(xué)(原卡爾×馬克思大學(xué))作訪問學(xué)者。2003年8月作為優(yōu)秀人才引進(jìn)到復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系，聘為教授。

目前的主要研究領(lǐng)域：嵌入電極反應(yīng)動力學(xué)；固體電解質(zhì)；固態(tài)鋰離子電池；納米材料在儲能材料中的應(yīng)用；微型電池及其材料製備。夏永姚江志裕

任斌廈門大學(xué)教授博導(dǎo)主要研究方向

：

表面增強拉曼光譜、針尖增強拉曼光譜、光譜電化學(xué)、納米電化學(xué)以及表面等離子體光學(xué)等?，F(xiàn)任中國物理學(xué)會光散射專業(yè)委員會副主任，《光散射學(xué)報》編委。

曾獲中國化學(xué)會青年化學(xué)獎（2004），首屆中國電化學(xué)青年獎（2007），教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才（2005），霍英東青年教師基金（2006），和國家傑出青年科學(xué)基金（2008）。獲教育部2001年“中國高校自然科學(xué)獎”一等獎（第二完成人）。

第一章電化學(xué)基礎(chǔ)知識1電解質(zhì)活度與正、負(fù)離子活度的關(guān)係式2正、負(fù)離子的活度因數(shù)

3離子的平均活度和平均活度因數(shù)???

4電解質(zhì)溶液的離子強度5電導(dǎo)、電導(dǎo)率和摩爾電導(dǎo)率單位是西門子;符號為S，1S=1Ω-1

電導(dǎo)率，單位為S·m-1

=KcellGAl=Kcellκ

電導(dǎo)率，Λm的單位為S·m2·mol-1。7離子獨立運動定律6離子遷移數(shù)8原電池中的電極反應(yīng)與電池反應(yīng)及電池圖式Zn(s)｜ZnSO4(1mol·kg-1)CuSO4(1mol·kg-1)｜Cu(s)9能斯特方程式

10標(biāo)準(zhǔn)電極電勢標(biāo)準(zhǔn)氫電極：H+［a(H+)=1］｜H2（p

＝100kPa)｜Pt的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢E

=0。11電池電動勢E＝E(右極，還原)－E(左極，還原)

12原電池反應(yīng)的熱化學(xué)測定電池反應(yīng)的ΔrGm、ΔrSm、ΔrHmΔrGm=-zFE可逆電池的電動勢ΔG

=-zEF

聯(lián)繫熱力學(xué)與電化學(xué)的橋樑。意味著伴隨電池反應(yīng)發(fā)生的自由能變化作為電能被外部取走。電極介面雙電層模型與發(fā)展Gooy-Chapman擴散層模型電動勢產(chǎn)生原因：電極介面的雙電層、表面電場13介面雙電層結(jié)構(gòu)雙電層電位金屬內(nèi)部電位?M

、Helmholtz內(nèi)層電位ψ2

、外層電位（擴散層電位）ψ1

、溶液電位?S

、ξ電位的關(guān)係圖

ξ電位：在擴散層中存在的一個開始發(fā)生流動的介面的電位。（電泳、電滲現(xiàn)象使用的電位）。?Sψ2ψ1介面電動現(xiàn)象與ξ

電位介面電動現(xiàn)象：介電常數(shù)不同的固相-液相介面和帶電的高分子-溶液介面等，可以誘發(fā)雙電層。如將這種介面放入電場中，介面兩側(cè)異相間會發(fā)生相對移動，稱為介面電動現(xiàn)象。電泳：外加電場下，膠體溶液中固相膠體粒子的移動現(xiàn)象。此時，ξ（Zeta）電位也稱為電動電勢。電泳速度v為：v=ξεE/Kπ

η

ε：介電常數(shù)，E：電場強度，K：與粒子有關(guān)的常數(shù)，η：粘度。電滲：外加電場下，多孔質(zhì)體中液相的移動現(xiàn)象。中如多孔膜毛細(xì)管中溶劑化離子的移動，多孔電極中電解液離子的移動等。

v=2ξεE/3Kπ

η電化學(xué)體系必須有陽極、陰極和電解質(zhì)。按反應(yīng)類型來說，電極反應(yīng)屬於氧化還原反應(yīng)，但與一般的有許多不同。電極的作用表現(xiàn)在兩個方面:

一是電子通路，可以使氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分別在不同地點進(jìn)行；

二是電極表面是反應(yīng)地點，起著相當(dāng)於異相催化反應(yīng)中催化劑的作用。所以，可以將電極反應(yīng)看作是特殊的異相氧化還原反應(yīng)。14電化學(xué)體系三要素電極反應(yīng)定律法拉第定律通電於電解質(zhì)溶液中，（1）在電極上起作用物質(zhì)的數(shù)量與通入的電量成正比；（2）將幾個電解池串聯(lián)，通入電流後在各個溶液的兩極上起作用物質(zhì)的當(dāng)量數(shù)相同。法拉第定律可描述為：Q=nF(Q電量，n電極上1摩爾物質(zhì)電解時所需電子的摩爾數(shù)（當(dāng)量數(shù)），F(xiàn)法拉第常數(shù)（96500庫侖）。法拉第定律有限制條件嗎？法拉第定律沒有限制條件，在任何壓力、溫度下都適用。電流效率?

要析出一定數(shù)量的某一物質(zhì)時，實際上所消耗的電量與按照法拉第定律計算所需的理論電量之比，通常用百分?jǐn)?shù)來表示。第二章電池

A

CuZn

稀H2SO4［問題］在日常生活和學(xué)習(xí)中，你用過哪些電池，你知道電池的其他應(yīng)用嗎？

用於汽車的鉛蓄電池和燃料電池用於“神六”的太陽能電池筆記本電腦專用電池手機專用電池攝像機專用電池電池化學(xué)電池太陽能電池原子能電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的裝置將太陽能轉(zhuǎn)換成電能的裝置將放射性同位素自然衰變時產(chǎn)生的熱能通過熱能轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置電池的種類化學(xué)電池一次電池二次電池燃料電池定義例子電池中的反應(yīng)物質(zhì)進(jìn)行一次氧化還原反應(yīng)並放電之後，就不能再次利用．又稱充電電池或蓄電池在放電後經(jīng)充電可使電池中的活性物質(zhì)獲得重生，恢復(fù)工作能力，可多次重複使用．是一種連續(xù)地將燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的化學(xué)電源，又稱連續(xù)電池．乾電池：電池中的電解質(zhì)溶液製成膠體，不流動，故稱乾電池．鉛蓄電池、鋅銀蓄電池、鎳鎘電池、鋰離子電池氫氣、甲醇、天然氣、煤氣與氧氣組成燃料電池。普通鋅錳電池、鹼性鋅錳電池、鋅銀紐扣電池第一節(jié)化學(xué)電池1、化學(xué)電池的分類２、化學(xué)電池優(yōu)點（１）能量轉(zhuǎn)換效率高，供能穩(wěn)定可靠。（２）可以製成各種形狀和大小、不同容量和電壓的電池和電池組，使用方便。（３）易維護，可在各種環(huán)境下工作。３、判斷電池優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)

除特殊情況外，品質(zhì)輕、體積小而輸出電能多、功率大、儲存時間長的電池，其品質(zhì)好。第二節(jié)一次電池鋅筒石墨棒MnO2和C普通鋅-錳乾電池的結(jié)構(gòu)NH4Cl、ZnCl2

和

H2O等1、乾電池負(fù)極正極電池反應(yīng)：氫氧化氧錳Zn–2e-=Zn2+（MnO2和C）：普通鋅錳電池（Zn）：2、鹼性鋅-錳乾電池負(fù)極：正極：電池反應(yīng)：電解質(zhì)：KOH—Zn—MnO2Zn+2OH--2e-

=Zn(OH)22MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-

Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2［思考］該電池的正負(fù)極材料和電解質(zhì)．鹼性電池

3、鋅銀紐扣電池Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-鋅-氧化銀紐扣電池，算是紐扣電池中的佼佼者。電壓1.55V，容量高於碳性，鹼性紐扣電池，高階放電曲線平穩(wěn)，大約有90%的部分始終穩(wěn)定在1.45V以上，放電曲線幾乎成一條直線，然後迅速掉電，電壓豎直掉下去。主要的用途是：計算器，助聽器，相機，手錶等。Zn＋2OH-

－2e-=ZnO

＋H2O負(fù)極：正極：第三節(jié)二次電池蓄電池1、鉛蓄電池由哪幾部分組成2、鉛蓄電池內(nèi)部分為幾個單格？一格的靜止電動勢約為多少？3、正、負(fù)極板上的活性物質(zhì)各是什麼？4、鉛蓄電池的每一個單格都有一個加液孔，孔蓋上通氣孔，其作用？5、蓄電池放電終了特徵？放電時兩極板上生成什麼物質(zhì)，電解液有何變化？6、蓄電池充電終了特徵？充電時兩極板上各生成什麼物質(zhì)？電解液有何變化？問題蓄電池的結(jié)構(gòu)極板、隔板、電解液、外殼極板—由柵架和活性物質(zhì)組成。正極板：二氧化鉛（PbO2),棕紅色負(fù)極板：海綿狀純鉛（Pb）,深灰色隔板：在正、負(fù)極板間起絕緣作用，可使電池結(jié)構(gòu)緊湊。

A、隔板有許多微孔，讓電解液暢通無阻。

B、隔板一面平整，一面有溝槽。溝槽面對著正極板。使充放電時，電解液能通過溝槽及時供給正極板，當(dāng)正極板上的活性物質(zhì)PbO2脫落時能迅速通過溝槽沉入容器底部。

殼體：硬橡膠、塑膠兩種。外殼上有鏈條和加液孔聯(lián)條：串聯(lián)各單格電池，材料為鉛。加液孔蓋：蓄電池的每一個單格都有一個加液孔，為加注電解液和檢測電解液密度所用，孔蓋上有通氣孔，該小孔應(yīng)經(jīng)常保持暢通，一便隨時排除蓄電池化學(xué)反應(yīng)放出的氫氣和氧氣，防止外殼漲列和發(fā)生事故。電解液：用純硫酸和蒸餾水按一定的比例配製成配製成的電解液比重一般在1.24～1.30g/cm3之間。1鉛蓄電池蓄電池的工作原理正極板：PbO2→Pb4+

＋2.0V負(fù)極板：Pb-2e→Pb2+-0.1V兩極板之間的電動勢為2.1V

串連6個放電時化學(xué)反應(yīng)：負(fù)極板：Pb-2e→Pb2+Pb2++SO42-→PbSO4

附在負(fù)極板上正極板：Pb4++2e→Pb2+

Pb2++SO42-→PbSO4

附在正極板上

總反應(yīng)：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O充電時化學(xué)反應(yīng)：正極板：PbSO4→Pb2++SO42-

Pb2+-2e→Pb4+

PbSO4+2H2O→PbO2+2H2SO4負(fù)極板：PbSO4→Pb2++SO42-Pb2++2e→Pb

總反應(yīng)：2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4蓄電池常見的故障故障特徵極板上生成一層白色粗晶粒的PbSO4，在正常充電時不能轉(zhuǎn)化為PbO2和Pb的現(xiàn)象。（1）硫化的電池放電時，電壓急劇降低，過早降至終止電壓，電池容量減小。（2）蓄電池充電時單格電壓上升過快，電解液溫度迅速升高，但密度增加緩慢，過早產(chǎn)生氣泡，甚至一充電就有氣泡。故障原因（1）蓄電池長期充電不足或放電後沒有及時充電，導(dǎo)致極板上的PbSO4有一部分溶解於電解液中，環(huán)境溫度越高，溶解度越大。當(dāng)環(huán)境溫度降低時，溶解度減小，溶解的PbSO4就會重新析出，在極板上再次結(jié)晶，形成硫化。（2）電解液液面過低，使極板上部與空氣接觸而被氧化，在行車中，電解液上下波動與極板的氧化部分接觸，會生成大晶粒PbSO4硬化層，使極板上部硫化。（3）長期過量放電或小電流深度放電，使極板深處活性物質(zhì)的孔隙內(nèi)生成PbSO4。（4）新蓄電池初充電不徹底，活性物質(zhì)未得到充分還原。（5）電解液密度過高、成分不純，外部氣溫變化劇烈。排除方法輕度硫化的蓄電池，可用小電流長時間充電的方法予以排除；硫化較嚴(yán)重者採用去硫化充電方法消除硫化；硫化特別嚴(yán)重的蓄電池應(yīng)報廢。故障一：極板硫化故障特徵主要指正極板上的活性物質(zhì)PbO2的脫落。蓄電池容量減小，充電時從加液孔中可看到有褐色物質(zhì)，電解液渾濁。故障原因（1）蓄電池充電電流過大，電解液溫度過高，使活性物質(zhì)膨脹、鬆軟而易於脫落。（2）蓄電池經(jīng)常過充電，極板孔隙中逸出大量氣體，在極板孔隙中造成壓力，而使活性物質(zhì)脫落。（3）經(jīng)常低溫大電流放電使極板彎曲變形，導(dǎo)致活性物質(zhì)脫落。（4）汽車行駛中的顛簸振動。排除方法對於活性物質(zhì)脫落的鉛蓄電池，若沉積物較少時，可清除後繼續(xù)使用；若沉積物較多時，應(yīng)更換新極板和電解液。故障二：活性物質(zhì)脫落故障特徵主要是正極板柵架腐蝕，極板呈腐爛狀態(tài)，活性物質(zhì)以塊狀堆積在隔板之間，蓄電池輸出容量降低。故障原因（1）蓄電池經(jīng)常過充電，正極板處產(chǎn)生的O2使柵架氧化。（2）電解液密度、溫度過高、充電時間過長，會加速極板腐蝕。（3）電解液不純。排除方法腐蝕較輕的蓄電池，電解液中如果有雜質(zhì)，應(yīng)倒出電解液，並反復(fù)用蒸餾水清洗，然後加入新的電解液，充電後即可使用；腐蝕較嚴(yán)重的蓄電池，如果是電解液密度過高，可將其調(diào)整到規(guī)定值，在不充電的情況下繼續(xù)使用；腐蝕嚴(yán)重的蓄電池，如柵架斷裂、活性物質(zhì)成塊脫落等，則需更換極板。故障三：極板柵架腐蝕故障特徵蓄電池正、負(fù)極板直接接觸或被其他導(dǎo)電物質(zhì)搭接稱為極板短路。極板短路的蓄電池充電時充電電壓很低或為零，電解液溫度迅速升高，密度上升很慢，充電末期氣泡很少。

故障原因（1）隔板破損使正、負(fù)極板直接接觸。（2）活性物質(zhì)大量脫落，沉積後將正、負(fù)極板連通。（3）極板組彎曲。（4）導(dǎo)電物體落入池內(nèi)。

排除方法出現(xiàn)極板短路時，必須將蓄電池拆開檢查。更換破損的隔板，消除沉積的活性物質(zhì)，校正或更換彎曲的極板組等。

故障特徵蓄電池在無負(fù)載的狀態(tài)下，電量自動消失的現(xiàn)象稱為自放電。如果充足電的蓄電池在30天之內(nèi)每晝夜容量降低超過2%，稱為故障性自放電。故障原因（1）電解液不純，雜質(zhì)與極板之間以及沉附於極板上的不同雜質(zhì)之間形成電位差，通過電解液產(chǎn)生局部放電。（2）蓄電池長期存放，硫酸下沉，使極板上、下部產(chǎn)生電位差引起自放電。（3）蓄電池溢出的電解液堆積在電池蓋的表面，使正、負(fù)極柱形成通路。（4）極板活性物質(zhì)脫落，下部沉積物過多使極板短路。排除方法自放電較輕的蓄電池，可將其正常放完電後，倒出電解液，用蒸餾水反復(fù)清洗乾淨(jìng)，再加入新電解液，充足電後即可使用；自放電較為嚴(yán)重時，應(yīng)將電池完全放電，倒出電解液，取出極板組，抽出隔板，用蒸餾水沖洗之後重新組裝，加入新的電解液重新充電後使用。故障五：自放電故障四：極板短路2鎳鎘（氫）蓄電池工作原理

1.放電過程中的電化學(xué)反應(yīng)負(fù)極反應(yīng)正極反應(yīng)

總反應(yīng)2.充電過程中的化學(xué)反應(yīng)

充電時負(fù)極板上的氫氧化鎘，先電離成鎘離子和氫氧根離子，然後鎘離子從外電路獲得電子，生成鎘原子附著在極板上，而氫氧根離子進(jìn)入溶液參與正極反應(yīng)鎳鎘電池使用過程中，如果電量沒有全部放完就開始充電，下次再放電時，就不能放出全部電量。比如，鎳鎘電池只放出80%的電量後就開始充電，充足電後，該電池也只能放出80%的電量，這種現(xiàn)象稱為記憶效應(yīng)。電池全部放完電後，極板上的結(jié)晶體很小。電池部分放電後，氫氧化亞鎳沒有完全變?yōu)闅溲趸嚕ｐN的氫氧化亞鎳將結(jié)合在一起，形成較大的結(jié)晶體。結(jié)晶體變大是鎳鎘電池產(chǎn)生記憶效應(yīng)的主要原因。

貴！

鎳氫電池和同體積的鎳鎘電池相比，容量增加一倍，充放電迴圈壽命也較長，並且無記憶效應(yīng)。鎳氫電池正極的活性物質(zhì)為NiOOH（放電時）和Ni(OH)2(充電時)，負(fù)極板的活性性物質(zhì)為H2（放電時）和H2O（充電時），電解液採用30%的氫氧化鉀溶液，充放電時的電化學(xué)反應(yīng)如下：過量充電時的電化學(xué)反應(yīng)：

比較（鎳鎘）

由於有催化劑的氫電極面積大，而且氫氣能夠隨時擴散到氫電極表面，因此，氫氣和氧氣能夠很容易在蓄電池內(nèi)部再化合生成水，使容器內(nèi)的氣體壓力保持不變，這種再化合的速率很快，可以使蓄電池內(nèi)部氧氣的濃度，不超過千分之幾。

過充電時，電池內(nèi)產(chǎn)生的大量氣體，如果不能很快複合，電池內(nèi)部的壓力就會顯著增加，這樣將損傷電池。氣泡聚集在極板表面，將減小極板表面參與化學(xué)反應(yīng)的面積並且增加電池的內(nèi)阻。

放電終止電壓是指蓄電池放電時允許的最低電壓。如果電壓低於放電終止電壓後蓄電池繼續(xù)放電，電池兩端電壓會迅速下降，形成深度放電，這樣，極板上形成的生成物在正常充電時就不易再恢復(fù)，從而影響電池的壽命。蓄電池參數(shù)

蓄電池的五個主要參數(shù)為：電池的容量、標(biāo)稱電壓、內(nèi)阻、放電終止電壓和充電終止電壓。

電池的容量通常用Ah(安時)表示，1Ah就是能在1A的電流下放電1小時。單元電池內(nèi)活性物質(zhì)的數(shù)量決定單元電池含有的電荷量，而活性物質(zhì)的含量則由電池使用的材料和體積決定，因此，通常電池體積越大，容量越高。與電池容量相關(guān)的一個參數(shù)是蓄電池的充電電流。蓄電池的充電電流通常用充電速率C表示，C為蓄電池的額定容量。例如，用2A電流對1Ah電池充電，充電速率就是2C；同樣地，用2A電流對500mAh電池充電，充電速率就是4C。

標(biāo)稱電壓：電池剛出廠時，正負(fù)極之間的電勢差。標(biāo)稱電壓由極板材料的電極電位和內(nèi)部電解液的濃度決定。當(dāng)環(huán)境溫度、使用時間和工作狀態(tài)變化時，單元電池的輸出電壓略有變化，此外，電池的輸出電壓與電池的剩餘電量也有一定關(guān)係。單元鎳鎘電池的標(biāo)稱電壓約為1.3V（但一般認(rèn)為是1.25V），單元鎳氫電池的標(biāo)稱電壓為1.25V。

電池的內(nèi)阻決定於極板的電阻和離子流的阻抗。在充放電過程中，極板的電阻是不變的，但是，離子流的阻抗將隨電解液濃度的變化和帶電離子的增減而變化。

充電終止電壓：蓄電池充足電時，極板上的活*物質(zhì)已達(dá)到飽和狀態(tài)，再繼續(xù)充電，蓄電池的電壓也不會上升，此時的電壓稱為充電終止電壓。鎳鎘電池的充電終止電壓為1.75~1.8V，鎳氫電池的充電終止電壓為1.5V。

鋰離子電池的工作原理鋰離子電池正極材料：幾種材料的性能對比固體電解質(zhì)層SEI：形成原因和作用電解液：有機溶劑的混合使用聚合物電解質(zhì)：工作原理第四節(jié)鋰離子電池一、概述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(fù)極的二次電池體系鋰離子電池的發(fā)展歷史1980年，M.Armand等人首先提出用嵌鋰化合物來代替二次鋰電池中的金屬鋰負(fù)極，並提出“搖椅式電池”（rockingchairbattery）的概念嵌鋰化合物代替二次鋰電池中的金屬鋰負(fù)極，電池的安全性大為改善，並且具有良好的迴圈壽命，同時電池的充放電效率也得到提高1990年日本Sony公司研製出以石油焦為負(fù)極、LiCoO2為正極的鋰離子二次電池鋰離子電池的工作原理正極負(fù)極電池具有高比能量、長迴圈壽命、較寬的工作溫度範(fàn)圍、高可靠性等優(yōu)點

鋰離子電池的優(yōu)點二、正極材料對鋰離子正負(fù)極材料的要求：具有層狀或隧道的晶體結(jié)構(gòu)，以利於鋰離子的嵌入和脫出，該晶體結(jié)構(gòu)牢固，在充放電電壓範(fàn)圍內(nèi)的穩(wěn)定性好，使電極具有良好的充放可逆性，以保證鋰離子電池的迴圈壽命;充放電過程中，應(yīng)有盡可能多的鋰離子嵌入和脫出，使電極具有較高的電化學(xué)容量;3.

在鋰離子進(jìn)行嵌脫時，電極反應(yīng)的自由能變化應(yīng)較小，以使電池有較平穩(wěn)的充放電電壓，以利於鋰離子電池的廣泛應(yīng)用;鋰離子應(yīng)有較大的擴散係數(shù)，以減少極化造成的能量損耗，保證電池有較好的快充放電性能;分子量小，提高重量能量密度；摩爾體積小，提高體積能量密度.LiCoO2正極材料鋰離子電導(dǎo)率高，擴散係數(shù)10-9～10-7cm/s充電上限電壓4.3V，高於此電壓基本結(jié)構(gòu)會發(fā)生改變製備方法

固相合成法（0≤x≤0.5）

LiNiO2正極材料與LiCoO2相比，LiNiO2具有的優(yōu)勢製備困難：製備電化學(xué)性能良好且具有化學(xué)計量結(jié)構(gòu)的LiNiO2條件非?？量萄u備的LiNiO2一般表示為Li2xNi2-2xO2，x在0.3～0.5範(fàn)圍內(nèi)變化改性主要有摻雜和包覆處理,較為成功的是Co的摻雜鋰錳氧化物Mn資源非常豐富、無毒、價廉;鋰錳氧化物是最有希望取代鋰鈷氧化物的正極活性物質(zhì)1.尖晶石型LixMn2O4立方結(jié)構(gòu)當(dāng)1<x≤2時，Mn離子主要以＋3價存在，將導(dǎo)致嚴(yán)重的Jahn-Teller效應(yīng)(容量衰減)

在電解液中會逐漸溶解，發(fā)生Mn3+歧化反應(yīng)；電解液在高壓充電時不穩(wěn)定，即Mn4+具有高氧化性2.層狀LiMnO2扭曲的四方密堆結(jié)構(gòu)在3.5~4.5V範(fàn)圍內(nèi)，LiMnO2脫鋰容量高，可達(dá)200mAh/g，但脫鋰後結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，慢慢向尖晶石型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。晶體結(jié)構(gòu)的反復(fù)變化導(dǎo)致體積的反復(fù)膨脹和收縮，迴圈性能不好。較高溫度下也會發(fā)生Mn的溶解而導(dǎo)致電化學(xué)性能劣化三種正極活性材料性能比較材料名稱理論比容量(mAh/g)實際比容量(mAh/g)密度(g/cm3)價格比特點LiCoO2275130-1405.003性能穩(wěn)定，體積比能量高，放電平臺平穩(wěn)LiNiO2274170-1804.782高比容量，熱穩(wěn)定性較差，價格較低LiMn2O4148100-1204.281低成本，比容量較低，高溫迴圈和存放性能較差，安全性好嵌鋰磷酸鹽正極材料LiMPO4（M=Mn、Fe、Co、Ni）正極材料中，以LiFePO4的研究最為突出

實際放電容量>160mAh/g,3C大電流下放電比容量>130mAh/g,其在原料來源、成本、環(huán)保和化學(xué)穩(wěn)定性方面也都令人滿意。影響材料的最主要因素是LiFePO4室溫下的低電導(dǎo)率

三、負(fù)極材料碳負(fù)極材料：石墨典型的石墨化負(fù)極材料有石墨化中間相微珠、天然石墨和石墨化碳纖維理論容量372mAh/g，電位基本與金屬鋰接近.不可逆容量低，首次充電效率高，且價格低廉。固體電解質(zhì)層(SEI)

對於所有的碳材料，在鋰嵌入石墨層間時，電解質(zhì)溶液中的有機溶劑和鋰鹽均可能從電極得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)，在電極表面形成對電子絕緣而對離子導(dǎo)電的固體電解質(zhì)層(SEI).

其主要組成為Li2CO3、ROCO2Li.當(dāng)SEI層的厚度增加到能夠阻止溶劑從電極上得到電子時，還原反應(yīng)自行終止，相當(dāng)於在電極表面形成了一層鈍化膜

主要缺點是墨片面容易發(fā)生剝離，迴圈性能不是很理想，需要進(jìn)行改性處理.氧化物負(fù)極材料無定形錫基複合氧化物：SnMxOy

SnSi0.4Al0.2P0.6O3.6零應(yīng)變材料

LiTi5O12

相對於金屬鋰的電位為1.5V，因而與4V的正極材料配對形成2.5V的電池.

可逆容量一般為150mAh/g.鋰的嵌入和脫嵌不會產(chǎn)生應(yīng)變，迴圈壽命很好四、電解液對鋰離子電池電解液的要求鋰離子電導(dǎo)率高。在一般穩(wěn)定範(fàn)圍內(nèi)，電導(dǎo)率要達(dá)到3×10-3～2×10-2S/cm。電化學(xué)窗口大。即電化學(xué)性能在較寬的範(fàn)圍內(nèi)不發(fā)生分解反應(yīng)。電解質(zhì)的可用液態(tài)範(fàn)圍寬，在－40～70℃範(fàn)圍內(nèi)均為液態(tài)。熱性能穩(wěn)定，在較寬的範(fàn)圍內(nèi)不發(fā)生分解反應(yīng)。化學(xué)穩(wěn)定性高，即與電池體系的電極材料、集流體、隔膜、粘接劑等基本上不發(fā)生反應(yīng)。最大可能促進(jìn)電極可逆反應(yīng)的進(jìn)行；沒有毒性，使用安全；容易製備，成本低。有機溶劑有機溶劑應(yīng)當(dāng)在相當(dāng)?shù)偷碾娢幌路€(wěn)定或不與金屬鋰發(fā)生反應(yīng)，因此必須是非質(zhì)子溶劑；極性高（也就是介電常數(shù)大），能溶解足夠的鋰鹽（鋰鹽容易解離）；同時黏度低（離子移動速度快），從而使電導(dǎo)率高；溶點低、沸點高，蒸汽壓低，工作溫度範(fàn)圍寬

但是上述幾方面基本相互衝突,通常採用混合溶劑來彌補各組分的缺點一般採用直鏈酯和環(huán)酯(如EC+DMC，PC+DEC)混合溶劑電解質(zhì)無機鋰鹽

LiClO4、LiBF4、LiPF6、LiAsF6有機鋰鹽

三氟甲基磺酸鋰LiCF3SO3

二(三氟甲基磺醯)亞胺鋰LiN(CF3SO2)2

三(三氟甲基磺醯)甲基鋰LiC(SO2CF3)五、聚合物鋰離子電池聚合物電池的提出用液體電解質(zhì)組裝的鋰離子電池在使用過程中逐漸暴露出易生長枝晶、漏液、安全性差等問題

聚合物鋰離子電池（PLIB，PolymerLithiumIonBattery）的主要優(yōu)點是無漏液、電池尺寸形狀容易設(shè)計，電池安全性大為提高?，F(xiàn)有三種聚合物鋰離子電池：（1）固體聚合物電解質(zhì)電池（2）凝膠聚合物電解質(zhì)電池（3）聚合物正極電池聚合物電解質(zhì)的工作原理定義：含有聚合物材料且能像液體一樣導(dǎo)電的電解質(zhì)導(dǎo)電機理：首先遷移離子如鋰離子等與聚合物鏈上的極性基團如氧、氮等原子配位；在電場作用下，隨著聚合物高彈區(qū)中分子鏈段的熱運動，遷移離子與極性基團不斷發(fā)生配位和解配位的過程，從而實現(xiàn)離子的遷移。

聚合物電解質(zhì)的分類聚合物電解質(zhì)可分為：固體聚合物電解質(zhì)SPE(SolidPolymerElectrolyte)和凝膠聚合物電解質(zhì)GPE目前已開發(fā)的聚合物電解質(zhì)有：聚環(huán)氧乙烯(PEO)基、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基、聚偏氟乙烯(PVDF)基、聚丙烯腈(PAN)基和聚氯乙烯(PVC)基等，並在此基礎(chǔ)上形成各種共聚物電解質(zhì)新型聚合物鋰離子電池TiS2為負(fù)極的聚合物鋰離子電池Dion電池電池的性能充放電（容量）測試、高低溫性能、迴圈性能安全性能專案試驗條件新電池迴圈後電池電特性短路外短路無異常無異常過充電1C,12V(max)無異常無異常異常電流充電6C,12V(max)無異常無異常力學(xué)性能針刺刺破短路無異常無異常擠壓壓至短路無異常無異常振動振幅0.88mm,10Hz-55Hz1Hz/min,90min無異常無異常落下1.9m,10次無異常無異常熱特性箱內(nèi)加熱150℃,保持10min無異常無異常焚燒置於火焰上起火起火六、鋰離子電池的電性能

“是什麼東西使得我國無以數(shù)計的城鎮(zhèn)的春天之音沉寂下來了呢？”

－－摘自美國科學(xué)家卡遜的警世之作《寂靜的春天》草樹知春不久歸，百般紅紫鬥芳菲

被石油污染的企鵝

黑色天空

五顏六色的水

不堪重負(fù)的大地－山西某礦區(qū)

傳統(tǒng)能源對環(huán)境污染起了

推波助瀾的作用吞煙吐霧的火力發(fā)電站

招搖過市的冒煙車傳統(tǒng)能源發(fā)電方式的瓶頸一般我們熟知的發(fā)電方式就是利用燃料(石油、煤炭、汽油、核能等)通過化學(xué)變化產(chǎn)生熱能之後，間接利用水蒸汽推動發(fā)電機來產(chǎn)生電能。這樣的能量轉(zhuǎn)換過程需要經(jīng)過許多程式，相對其轉(zhuǎn)換的過程程中也消耗了許多不必要的浪費，以至於最後變成電能的效率通常都只剩下_____左右。30%圖片取自「新核家園」網(wǎng)站若可以不要經(jīng)過這些複雜且不必要的化學(xué)變化，而是直接將燃料轉(zhuǎn)換成電能，理論上就可以大幅提高能源轉(zhuǎn)換的效率！Whowillbe（無污染、效率高）

未來能源希望之星？！燃料電池《應(yīng)用電化學(xué)》

第二章電池

第五節(jié)燃料電池一燃料電池的起源1839年，由英國法官威廉葛洛夫(WilliamGrove)在一次實驗中意外發(fā)現(xiàn)了燃料電池的發(fā)電原理；但當(dāng)時因為電極材料問題，使這項發(fā)明未受重視。1959年，法蘭西斯培根(FrancisT.Bacon)製作出一個5kW的燃料電池組，能夠推動高耗能電器，使這項技術(shù)得以走出實驗室。其後使用氫氣為燃料的鹼性燃料電池(AFC)成功應(yīng)用在太空梭的電力供應(yīng)系統(tǒng)；其產(chǎn)物是純淨(jìng)的水，成為太空人飲用水的來源之一。二燃料電池的定義燃料電池（Fuelcell），是一種使用燃料進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)直接產(chǎn)生電力的裝置。由於它是把燃料通過化學(xué)反應(yīng)釋出的能量變?yōu)殡娔茌敵觯员环Q為燃料電池。燃料的選擇性非常高，包括氫氣、甲醇、乙醇、天然氣，甚至於現(xiàn)在運用最廣泛的汽油，都可以做為燃料電池的燃料。

以特殊催化劑使燃料與氧發(fā)生反應(yīng)，因不需推動渦輪等發(fā)電器具，也不需將水加熱至水蒸汽再經(jīng)散熱變回水，所以能量轉(zhuǎn)換效率高達(dá)70%~80%左右，足足比一般發(fā)電方法高出了40%以上。三燃料電池的種類依電解質(zhì)的種類，一般可分為質(zhì)子交換膜燃料電池（protonexchangemembranefuelcell,PEMFC）堿性燃料電池（alkalinefuelcell,AFC）磷酸燃料電池（phosphoricacidfuelcell,PAFC）熔融碳酸鹽燃料電池（moltencarbonatefuelcell,MCFC）固態(tài)氧化物燃料電池（solidoxidefuelcell,SOFC）直接甲醇燃料電池（directmethanolfuelcell，DMFC,PEMFC的延續(xù)）生物燃料電池目前主要的方式四工作原理（重點掌握內(nèi)容）

－質(zhì)子交換膜燃料電池燃料電池是利用水的電解的逆反應(yīng)的"發(fā)電機"。工作時向負(fù)極供給燃料（氫），向正極供給氧化劑（空氣）。氫在負(fù)極分解成正離子H+和電子e-。氫離子進(jìn)入電解液中，而電子則沿外部電路移向正極。用電的負(fù)載就接在外部電路中。在正極上，空氣中的氧同電解液中的氫離子吸收抵達(dá)正極上的電子形成水。這正是水的電解反應(yīng)的逆過程。按此看動畫電極反應(yīng)及電池總反應(yīng)式：陽極(電池負(fù)極)半反應(yīng)

H2

－2e-

→2H+陰極(電池正極)半反應(yīng)

2H++?O2+2e-→H2O總反應(yīng)

H2+?O2→H2OΔE=1.229V(latm、25℃)

【水電解的逆反應(yīng)】H2

→2

H+

+2H2H+e-H+22+2e-+12O2H2O電解質(zhì)O2陽極陰極提問：比較燃料電池與一次電池（乾電池、鋅銀紐扣電池）、二次電池（鉛酸蓄電池、鎳鎘/氫電池、鋰離子電池）在工作原理上的差異及各電池的特徵？①燃料做負(fù)極，助燃劑氧氣為正極；②電極材料一般不參加化學(xué)反應(yīng)，只起傳導(dǎo)電子的作用；⑤能量轉(zhuǎn)化率高(超過80%)，普通的只有30%，有利於節(jié)約能源；③氧化劑與還原劑在工作時不斷補充；④反應(yīng)產(chǎn)物不斷排出；小結(jié)：⑥零污染。五燃料電池在應(yīng)用上的優(yōu)勢低污染高效率無噪音用途廣免充電燃料來源廣燃料電池比一般發(fā)電方式更為清潔，若用氫氣作為燃料，其排放物是可供飲用的水和可以利用的熱能。發(fā)電主體無噪音問題，若需散熱則有風(fēng)扇的雜音。

燃料電池所能提供的電力範(fàn)圍廣泛(1W~1000MW)，因此可應(yīng)用的產(chǎn)品也多。

一般電池是將能源貯藏於電池本體中，待用完後即需捨棄或重新充電，以恢復(fù)電力。燃料電池的能源是由燃料中的化學(xué)能所提供，不含在電池本體結(jié)構(gòu)中，因此只要燃料源源不斷的供應(yīng)，燃料電池便可以不停的發(fā)電。

只要含有氫原子的化學(xué)能源如天然氣、石油、煤炭等氣化產(chǎn)物，或是沼氣、酒精、甲醇等，都可作為燃料電池的能源進(jìn)料。

因為燃料電池直接將燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能，故不受卡諾循環(huán)的限制。

IBM研製出採用燃料電池的ThinkPad原型機加拿大AngstromPower的公司生產(chǎn)出了全球第一款手機使用的燃料電池，並已經(jīng)應(yīng)用到了摩托羅拉L7手機中六最新科技－燃料電池商業(yè)化產(chǎn)品

在美國加利福尼亞舉辦的第三屆CaFCP公路拉力賽上，一款由面向未來、當(dāng)前最暢銷的歐洲車格外引人注目，這就是全新的大眾汽車Touran

HyMotion。這輛多功能轎車使用一臺燃料電池為其高扭矩電動機提供能量。這是一款最新型的絕對零排放的多功能轎車。零排放燃料電池汽車--大眾途安

紅豆集團旗下的千里馬車業(yè)公司聯(lián)手上海攀業(yè)共同開發(fā)的全新一代燃料電池自行車為我們實現(xiàn)了這一夢想。全新“綠色天使”系列燃料電池自行車是第一款批量出口的燃料電池自行車。全新一代燃料電池自行車

中國完全自主知識產(chǎn)權(quán)、自主品牌的第四代燃料電池汽車近日亮相上海同濟大學(xué)校園。該車最高時速可達(dá)一百五十公里以上，百公里加速時間也從之前的十九秒縮至十五秒，加一次氫氣更是可以持續(xù)行駛超過三百公里，無論是在駕駛性能上還是在環(huán)保性能上都堪稱“未來汽車”的典範(fàn)。同濟大學(xué)汽車學(xué)院研製的第四代燃料電池汽車------美國空軍學(xué)院研究的氫燃料電池?zé)o人機七課程實踐－實驗室自製簡易燃料電池所需器材透明塑膠罐、廢四號幹電池、計算器、LED燈利用廢電池的碳棒當(dāng)作電極，因為碳棒(石墨)的表面有許多細(xì)小的毛孔，所以可以吸附部分的氣體，是製作簡易燃料電池很方便的材料，方便又環(huán)保！利用電源供應(yīng)器電解一段時間後，使正極附著氧氣，負(fù)極附著氫氣，燃料電池所需的「燃料」便有了！接上LED燈可明顯看到燃料電池發(fā)電了接上計算器也可以使用希望大家都能有一個愉快的學(xué)習(xí)！創(chuàng)意來自想像與務(wù)實的結(jié)合H2e-H+H+e-O2H2e-e-H+H+H2OH2O圖片取自「科學(xué)人雜誌」回到課程太陽能電池的發(fā)展歷史太陽能電池市場狀況及趨勢太陽能電池定義和分類太陽能電池的結(jié)構(gòu)及工作原理太陽能電池的生產(chǎn)工藝太陽能電池的應(yīng)用第六節(jié)太陽能電池1.太陽能電池的發(fā)展歷史

1954年世界第一塊實用化太陽能電池在美國貝爾實驗室問世，幷首先應(yīng)用於空間技術(shù)。當(dāng)時太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率為8％。1973年世界爆發(fā)石油危機，從此之後，人們普遍對於太陽能電池關(guān)注，近10幾年來，隨著世界能源短缺和環(huán)境污染等問題日趨嚴(yán)重，太陽能電池的清潔性、安全性、長壽命，免維護以及資源可再生性等優(yōu)點更加顯現(xiàn)。一些發(fā)達(dá)國家制定了一系列鼓舞光伏發(fā)電的優(yōu)惠政策，幷實施龐大的光伏工程計畫，為太陽能電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造了良好的發(fā)展機遇和巨大的市場空間，太陽能電池產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了高速發(fā)展時期，幷帶動了上游多晶矽材料業(yè)和下游太陽能電池設(shè)備業(yè)的發(fā)展。在1997－2006年的10年中，世界光伏產(chǎn)業(yè)擴大了20倍，今後10年世界光伏產(chǎn)業(yè)仍以每年30％以上的增長速度發(fā)展。世界太陽能電池發(fā)展的主要節(jié)點1954美國貝爾實驗室發(fā)明單晶矽太陽能電池，效率為8％1955第一個光伏航標(biāo)燈問世，美國RCA發(fā)明GaAs太陽能電池1958太陽能電池首次裝備於美國先鋒1號衛(wèi)星，轉(zhuǎn)換效率為8％。1959第一個單晶矽太陽能電池問世。1960太陽能電池首次實現(xiàn)並網(wǎng)運行。1974突破反射絨面技術(shù)，矽太陽能電池效率達(dá)到18％。1975非晶矽及帶矽太陽能電池問世1978美國建成100KW光伏電站1980單晶矽太陽能電池效率達(dá)到20％多晶矽為14.5％，GaAs為22.5％1986美國建成6.5KW光伏電站1990德國提出“2000光伏屋頂計畫”1995高效聚光GaAs太陽能電池問世，效率達(dá)32％。1997美國提出“克林頓總統(tǒng)百萬太陽能屋頂計畫，日本提出“新陽光計畫”1998單晶矽太陽能電池效率達(dá)到24.7％，荷蘭提出“百萬光伏屋頂計畫”2000世界太陽能電池總產(chǎn)量達(dá)287MW，2010年歐洲生產(chǎn)60億瓦光伏電池?fù)?jù)統(tǒng)計，從2002年至今，中國太陽能電池產(chǎn)量猛增了77倍。2009年，我國太陽能電池產(chǎn)量約占世界總產(chǎn)量的三分之一，連續(xù)三年成為世界第一大太陽能電池生產(chǎn)國。儘管我國太陽能電池從2007年開始成為世界生產(chǎn)最多的國家，但是，我們現(xiàn)在對太陽能普遍的轉(zhuǎn)化效率是16%，17%，國外最高的已經(jīng)超過了20%。我國太陽能電池的發(fā)展1958年我國開始研製太陽能電池1959年中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所研製成功第一片具有實用價值的太陽能電池

1971

年在我國發(fā)射的第二顆人造衛(wèi)星——科學(xué)實驗衛(wèi)星實踐一號上首次應(yīng)用太陽能電池1973年在天津港的海面航標(biāo)燈上首次應(yīng)用14.7W太陽能電池1979年我國開始利用半導(dǎo)體工業(yè)廢次矽材料生產(chǎn)單晶矽太陽能電池1980年~1990年期間我國引進(jìn)國外太陽能電池關(guān)鍵設(shè)備、成套生產(chǎn)線和技術(shù)2004年我國太陽能電池產(chǎn)量超過印度，年產(chǎn)量達(dá)到50MW以上

20世紀(jì)80年代後期，我國太陽能電池生產(chǎn)能力達(dá)到4.5MW/年，初步形成了我國太陽能電池產(chǎn)業(yè)

2005~2006年，我國的太陽能電池組件產(chǎn)量100MW/年以上，我國成為世界重要的光伏工業(yè)基地之一，初步形成一個以光伏工業(yè)為源頭的高科技光伏產(chǎn)業(yè)鏈並網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)及工作原理太陽能並網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽電池陣和並網(wǎng)逆變器兩部分組成。

1.太陽電池陣：將太陽光能轉(zhuǎn)換成電能，在陽光充足時通過並網(wǎng)逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電輸入電網(wǎng)。2.並網(wǎng)逆變器：並網(wǎng)逆變器是將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的設(shè)備，輸入端接太陽電池陣，輸出端接交流電網(wǎng)。並網(wǎng)逆變器除具有普通逆變器的功能外，還應(yīng)具有以下功能：

1)純正弦波同步並網(wǎng)送電：通過DC/AC電壓型逆變器實現(xiàn)電流暫態(tài)控制，將電流控制成50Hz正弦波，自動與電網(wǎng)同步後送入電網(wǎng)。以正弦波電流的方式並網(wǎng)送電不會對電網(wǎng)產(chǎn)生諧波干擾和過多的無功分量。

2)太陽能電池最大功率追蹤技術(shù)：以晶體矽為基本材料的太陽能電池在不同的照射強度和溫度下其I-V特性曲線各不相同，而輸出與I-V特性相應(yīng)存在一個最大功率輸出點，因此，對太陽電池最大輸出功率點的追蹤MPPT(MaximumPowerPointTrace)成為提高整個系統(tǒng)效率的關(guān)鍵點之一。

3)反孤島運行技術(shù)：並網(wǎng)發(fā)電運行時，電網(wǎng)因意外情況出現(xiàn)停電時，並網(wǎng)運行設(shè)備應(yīng)該能夠及時檢測出電網(wǎng)停電情況，並與電網(wǎng)解列，停止向電網(wǎng)送電，以保護人身和設(shè)備安全。

4)獨立供電及自動同步並網(wǎng)運行技術(shù)：系統(tǒng)在電網(wǎng)停電時，可實現(xiàn)自動與電網(wǎng)解列，獨立向重要負(fù)載提供優(yōu)質(zhì)交流電能。在配備蓄電池後，本系統(tǒng)還可在夜間不間斷地提供電能。在電網(wǎng)恢復(fù)供電時，通過與電網(wǎng)電壓同步，可在不影響給負(fù)載供電的情況下切換至並網(wǎng)發(fā)電運行方式。2.太陽能電池市場狀況及趨勢2.1太陽能電池的市場狀況

1998年以前，單晶矽電池占世界光伏生產(chǎn)的主導(dǎo)地位，其次是多晶矽電池。從1998年開始，多晶矽電池開始超過單晶矽躍居第一。非晶矽從20世紀(jì)80年代初開始商業(yè)化生產(chǎn)，但由於效率低和光衰減問題，市場份額增加不快。CdTe電池從20世紀(jì)80年代中期開始商業(yè)化生產(chǎn)，市場份額增加緩慢，除技術(shù)因素外，人們對Cd的毒性的疑慮也是原因之一。CIS電池的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程比較緩慢，原因是生產(chǎn)過程中化學(xué)劑量比難以控制，大面積均勻性和重複性較差。2.2太陽能電池的未來發(fā)展趨勢

2.2.1商業(yè)化趨勢

1998年以前，單晶矽電池占市場主導(dǎo)地位，其次是多晶矽電池。

從1998年起，多晶矽電池開始超過單晶矽躍居第一。非晶矽從80年代初開始商業(yè)化，由於效率低和光衰減問題，市場份額先高後低。

CdTe電池從80年代中期開始商業(yè)化生產(chǎn)，市場份額增加緩慢，Cd的毒性是原因之一；銅銦硒薄膜太陽電池（CIS電池）的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程比較緩慢，生產(chǎn)工藝難於控制，In是稀有元素；

Sanyo公司a-Si/c-Si電池商業(yè)化僅兩三年，發(fā)展迅速2.2.2技術(shù)發(fā)展趨勢2.2.2.1矽基電池:

矽是地球上豐度第二大元素，資源豐富(以石英砂形式存在)；

環(huán)境友好；

電池效率高，性能穩(wěn)定；

工藝基礎(chǔ)成熟。

矽基電池是目前光伏界研究開發(fā)的重點、熱點晶矽電池的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)矽基薄膜電池研究開發(fā)方向：晶矽電池:①提高電池/組件效率高效鈍化技術(shù)：TiO2，SiNx,H、SiO2,a-Si。。高效陷光技術(shù)：減反射，表面織構(gòu)化，背反射等，選擇性發(fā)射區(qū)(前)，背表面場(BSF)，細(xì)柵或者單面技術(shù)，

高效封裝技術(shù)－最佳封裝材料的折射率等。②簡化、改進(jìn)工藝－自動化、環(huán)保、低成本；如矽片薄化及其工藝，③材料的國產(chǎn)化和提高性能；矽基薄膜電池

①低溫過程(PECVD)<300℃，非晶、微晶、微非迭層－效率、穩(wěn)定性，柔性襯底②低溫過程>900℃,多晶矽基薄膜電池，廉價襯底；2.2.2.2化合物電池

CIGS電池：提高效率，大面積重複性，S代Se

CdTe電池：提高效率，大面積重複性

Gratzel電池－高效染料，固體或準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)，提高效率，大面積重複性有機電池－高效電子受體和給體以及材料，提高效率

3.新型概念電池：量子點、量子阱電池，中間帶光伏電池，帶隙遞變迭層電池等，尚處在理論探索、概念研究和驗證階段。3.太陽能電池定義和分類太陽能電池，又稱光伏器件，是一種利用光生伏特效應(yīng)把光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿钠骷?。它是太陽能光伏發(fā)電的基礎(chǔ)和核心。太陽能電池分類按結(jié)構(gòu)分類同質(zhì)結(jié)太陽電池異質(zhì)結(jié)太陽電池肖特基太陽電池採用不同的摻雜工藝，通過擴散作用，將P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體製作在同一塊半導(dǎo)體（通常是矽或鍺）基片上,在它們的交界面就形成空間電荷區(qū)稱PN結(jié)。PN結(jié)具有單向?qū)щ娦浴?/p>

P型半導(dǎo)體（P指positive，帶正電的）：由單晶矽通過特殊工藝摻入少量的三價元素組成，會在半導(dǎo)體內(nèi)部形成帶正電的空穴；

N型半導(dǎo)體（N指negative，帶負(fù)電的）：由單晶矽通過特殊工藝摻入少量的五價元素組成，會在半導(dǎo)體內(nèi)部形成帶負(fù)電的自由電子。

在P型半導(dǎo)體中有許多帶正電荷的空穴和帶負(fù)電荷的電離雜質(zhì)。在電場的作用下，空穴是可以移動的，而電離雜質(zhì)（離子）是固定不動的。N型半導(dǎo)體中有許多可動的負(fù)電子和固定的正離子。當(dāng)P型和N型半導(dǎo)體接觸時，在介面附近空穴從P型半導(dǎo)體向N型半導(dǎo)體擴散，電子從N型半導(dǎo)體向P型半導(dǎo)體擴散。在PN結(jié)上外加一電壓，如果P型一邊接正極，N型一邊接負(fù)極，電流便從P型一邊流向N型一邊，空穴和電子都向介面運動，使空間電荷區(qū)變窄，電流可以順利通過。如果N型一邊接外加電壓的正極，P型一邊接負(fù)極，則空穴和電子都向遠(yuǎn)離介面的方向運動，使空間電荷區(qū)變寬，電流不能流過。這就是PN結(jié)的單向?qū)щ娦浴?/p>

PN結(jié)

（1）同質(zhì)結(jié)太陽能電池：由同一種半導(dǎo)體材料一個或多個pn結(jié)的太陽電池，如p-n結(jié)太陽電池，p-n結(jié)砷化鎵太陽電池等。

（2）異質(zhì)結(jié)太陽能電池：由兩種不同半導(dǎo)體材料在相接介面上構(gòu)成劃質(zhì)結(jié)太陽電池，如氧化錫一矽、硫化鎘一硫化亞銅、砷化鎵一矽異質(zhì)結(jié)太陽電池等。若構(gòu)成異質(zhì)結(jié)的兩種材料的晶格匹配比較好，則稱為異質(zhì)面太陽電池，如砷化鎵一砷化鋁鎵異質(zhì)面太陽電池等。

（3）肖特基結(jié)太陽能電池：由金屬和半導(dǎo)體接觸形成肖特基勢壘的電池，簡稱MS電池。已發(fā)展成金屬－氧化物－半導(dǎo)體（MOS）、金屬一絕緣體一半導(dǎo)體（MIS）太陽電池等。

（4）複合結(jié)太陽能電池：由兩個或多個結(jié)形成的太陽電池。如由一個（MIS）太陽電池和一個p-n結(jié)矽電池疊合而形成高效MISNP複合結(jié)矽太陽電池，其效率已達(dá)22%。複合結(jié)太陽電池往往做成級聯(lián)型，把寬禁帶材料放在頂區(qū)，吸收陽光中的高能光子，用窄禁帶材料吸收低能光子，使整個電池的光譜回應(yīng)拓寬。砷化鋁鎵—砷化鎵—矽太陽電池的效率高達(dá)31%。

按材料分類矽太陽電池敏化納米晶太陽電池有機化合物太陽電池塑膠太陽電池?zé)o機化合物半導(dǎo)體太陽電池?zé)o機化合物半導(dǎo)體電池

系指由兩種或兩種以上元素組成的具有半導(dǎo)體特性的化合物半導(dǎo)體材料製成的電池，如硫化鎘太陽能電池、砷化鎵太陽能電池、碲化鎘太陽能電池、硒銦銅太陽能電池、磷化銦太陽能電池等?；衔锇雽?dǎo)體主要包括：①晶態(tài)無機化合物(如Ⅲ—V族化合物半導(dǎo)體砷化鎵、磷化鎵、磷化銦、銻化銦等，Ⅱ—Ⅵ族化合物半導(dǎo)體硫化鎘、硫化鋅等)及其固溶體(如鎵鋁砷、鎵砷磷等)；②非晶態(tài)無機化合物，如玻璃半導(dǎo)體；③有機化合物，如有機半導(dǎo)體；④氧化物半導(dǎo)體，如MnO、Cr2O3、FeO、Fe2O3、Cu2O等。矽太陽能電池

系指以矽為基體材料的太陽能