化學(xué)電源

前言

　　哈爾濱工業(yè)大學(xué)的化學(xué)工程與工藝專業(yè)(電化學(xué)工程)已經(jīng)有48年的歷史，化學(xué)電源的教學(xué)與科研一直是我專業(yè)的主要發(fā)展方向。隨著專業(yè)的發(fā)展也成長(zhǎng)了一批優(yōu)秀的中青年骨干教師。他們?cè)诮虒W(xué)與科研的第一線勤勤懇懇、努力拼搏，既取得了很好的業(yè)績(jī)，也成為我們這個(gè)集體的中堅(jiān)力量，這本書就是由程新群等八人集體編寫而成的?！　‰S著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展及人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)的不斷增強(qiáng)，化學(xué)電源的作用越來(lái)越重要。由于可隨機(jī)移動(dòng)的儀器設(shè)備及便攜電器越來(lái)越多，人們對(duì)高比能量、高比功率、高安全性化學(xué)電源的需求也越迫切；電動(dòng)汽車的發(fā)展是歷史的必然，它對(duì)化學(xué)電源的要求既迫切也高標(biāo)準(zhǔn)；可再生能源的利用離不開儲(chǔ)能技術(shù)，化學(xué)電源儲(chǔ)能是便捷高效的辦法；利用燃料電池技術(shù)發(fā)電更是人們朝思暮想的事業(yè)?！　』瘜W(xué)電源的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，角色也越來(lái)越重要。很多行業(yè)的科技人員及相關(guān)專業(yè)的學(xué)生都希望對(duì)化學(xué)電源有比較多的了解?；瘜W(xué)電源這本書應(yīng)該是比較適宜的參考書。這本書較全面地介紹了各種化學(xué)電源的原理、結(jié)構(gòu)、性能及制造工藝，也寫入了與其相關(guān)的電化學(xué)原理及電化學(xué)測(cè)量技術(shù)。我想這本書一定會(huì)使更多人更好地了解和使用化學(xué)電源，也一定為化學(xué)電源在很多行業(yè)更好地應(yīng)用發(fā)揮作用。

內(nèi)容概要

　　《化學(xué)電源》在闡述電化學(xué)基本原理和化學(xué)電源基本慨念的基礎(chǔ)上．系統(tǒng)地講述了各種主要化學(xué)電源的原理、結(jié)構(gòu)和制造工藝，以及以電化學(xué)基本原理為基礎(chǔ)的電化學(xué)電容器。全書共分12章，包括電化學(xué)理論基礎(chǔ)、化學(xué)電源概論、鋅錳電池、鉛酸電池、鎘鎳電池、金屬氫化物鎳電池、鋅銀電池、鋰電池、鋰離子電池、燃料電池、電化學(xué)電容器以及電極材料和電池測(cè)試技術(shù)。《化學(xué)電源》注重理論聯(lián)系實(shí)際，既適合高等院校相關(guān)專業(yè)作為教材使用，也適合相關(guān)工程技術(shù)人員作為參考。

書籍目錄

第l章 電化學(xué)理論基礎(chǔ)1.1 電極電勢(shì)與電池電動(dòng)勢(shì)1.1.1 電極／溶液界面的結(jié)構(gòu)1.1.2 絕對(duì)電極電勢(shì)與相對(duì)電極電勢(shì)1.1.3 電極電勢(shì)和電池電動(dòng)勢(shì)1.1.4 電池電動(dòng)勢(shì)與溫度和壓力的關(guān)系1.2 電化學(xué)反應(yīng)的特點(diǎn)及研究方法1.2.1 電化學(xué)反應(yīng)的特點(diǎn)1.2.2 電化學(xué)反應(yīng)基本概念1.2.3 極化曲線及其測(cè)量方法1.2.4 電極過(guò)程特征及研究方法1.3 電化學(xué)步驟動(dòng)力學(xué)1.3.1 電極電勢(shì)對(duì)反應(yīng)速度的影響1.3.2 穩(wěn)態(tài)極化的動(dòng)力學(xué)公式1.3.3 多電子轉(zhuǎn)移過(guò)程1.4 液相傳質(zhì)過(guò)程動(dòng)力學(xué)1.4.1 液相傳質(zhì)的方式1.4.2 穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散過(guò)程1.4.3 電化學(xué)步驟不可逆時(shí)的穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散1.5 氣體電極過(guò)程1.5.1 氫析出電極過(guò)程1.5.2 氧電極過(guò)程第2章 化學(xué)電源概論2.1 化學(xué)電源的發(fā)展2.2 化學(xué)電源的分類2.3 化學(xué)電源的工作原理及組成2.3.1 化學(xué)電源的工作原理2.3.2 化學(xué)電源的組成2.4 化學(xué)電源的電性能2.4.1 電池的電動(dòng)勢(shì)2.4.2 電池的開路電壓2.4.3 電池的內(nèi)阻2.4.4 電池的工作電壓2.4.5 電池的容量與比容量2.4.6 電池的能量與比能量2.4.7 電池的功率與比功率2.4.8 電池的儲(chǔ)存性能與自放電2.4.9 循環(huán)壽命2.5 化學(xué)電源中的多孔電極2.5.1 多孔電極的意義2.5.2 兩相多孔電極2.5.3 三相多孔電極第3章 鋅錳電池3.1 概述3.2 二氧化錳電極3.2.1 二氧化錳陰極還原的初級(jí)過(guò)程3.2.2 二氧化錳陰極還原的次級(jí)過(guò)程3.2.3 二氧化錳陰極還原的控制步驟3.3 鋅電極3.3.1 鋅電極的陽(yáng)極氧化過(guò)程3.3.2 鋅電極的鈍化3.3.3 鋅電極的自放電3.4 鋅錳電池材料3.4.1 二氧化錳材料3.4.2 鋅材料3.4.3 電解質(zhì)3.4.4 隔膜3.4.5 導(dǎo)電材料3.4.6 鋅膏凝膠劑3.5 鋅錳電池制造工藝3.5.1 糊式鋅錳電池3.5.2　紙板電池3.5.3 疊層鋅錳電池3.5.4 堿性鋅錳電池3.5.5 可充堿性鋅錳電池3.6 鋅錳電池的主要性能3.6.1 開路電壓與工作電壓3.6.2 歐姆內(nèi)阻、短路電流和負(fù)荷電壓3.6.3 容量及其影響因素3.6.4 儲(chǔ)存性能3.6.5 高溫性能和低溫性能第4章 鉛酸蓄電池4.1 概述4.1.1 鉛酸蓄電池的發(fā)展4.1.2 鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu)4.1.3 鉛酸蓄電池的用途4.1.4 鉛酸蓄電池的特點(diǎn)4.2 鉛酸蓄電池的熱力學(xué)基礎(chǔ)4.2.1 電池反應(yīng)、電動(dòng)勢(shì)4.2.2 鉛一硫酸水溶液的電勢(shì)一pH圖4.3 板柵4.3.1 板柵合金4.3.2 鉛板柵的腐蝕4.4 二氧化鉛正極4.4.1 二氧化鉛的多晶現(xiàn)象4.4.2 二氧化鉛顆粒的凝膠一晶體形成理論4.4.3 正極活性物質(zhì)的反應(yīng)機(jī)理4.5 鉛負(fù)極4.5.1　鉛負(fù)極的反應(yīng)機(jī)理4.5.2 鉛負(fù)極的鈍化4.5.3 負(fù)極活性物質(zhì)的收縮與添加劑4.5.4 鉛負(fù)極的自放電4.5.5 鉛負(fù)極的不可逆硫酸鹽化4.5.6 高倍率部分荷電狀態(tài)下鉛負(fù)極的硫酸鉛積累4.6 鉛酸蓄電池的電性能4.6.1 鉛酸蓄電池的電壓與充放電特性4.6.2 鉛酸蓄電池的容量及其影響因素4.6.3 鉛酸蓄電池的失效模式和循環(huán)壽命4.6.4 鉛酸電池的充電接受能力4.7 鉛酸蓄電池制造工藝原理4.7.1 板柵制造4.7.2 鉛粉制造4.7.3 鉛膏的配制4.7.4 生極板的制造4.7.5 極板化成4.7.6 電池裝配第5章 鎘鎳電池5.1 概述5.2 鎘鎳電池的工作原理5.2.1 成流反應(yīng)5.2.2 電極電勢(shì)與電動(dòng)勢(shì)5.3 氧化鎳電極5.3.1 氧化鎳電極的反應(yīng)機(jī)理5.3.2 氧化鎳電極的添加劑5.3.3 氧化鎳電極材料5.4 鎘電極5.4.1 反應(yīng)機(jī)理5.4.2 鎘電極的鈍化與聚結(jié)5.4.3 鎘電極的充電效率與自放電5.4.4 鎘電極材料5.5 密封鎘鎳電池5.5.1 密封原理5.5.2 密封措施5.6 鎘鎳電池的電性能5.6.1 充放電曲線5.6.2 記憶效應(yīng)5.6.3 循環(huán)壽命5.6.4 自放電5.7 鎘鎳電池的制造工藝5.7.1 有極板盒式電極的制造5.7.2 燒結(jié)式電極的制造5.7.3 黏結(jié)式電極的制造5.7.4 發(fā)泡式電極的制造5.7.5 纖維式電極的制造5.7.6 電沉積鎘電極的制造5.7.7 密封鎘鎳電池的制造第6章 金屬氫化物鎳電池6.1 概述6.2 MH－Ni電池的工作原理與特點(diǎn)6.2.1 MH—Ni電池的工作原理6.2.2 MH—Ni電池的密封6.2.3 金屬氫化物一鎳電池的特點(diǎn)6.3 儲(chǔ)氫合金電極6.3.1 儲(chǔ)氫合金的性質(zhì)6.3.2 儲(chǔ)氫合金電極的電化學(xué)容量6.3.3 儲(chǔ)氫合金的分類6.3.4 AB5型儲(chǔ)氫合金6.3.5 ABe型儲(chǔ)氫合金6.3.6 儲(chǔ)氫合金的制備6.3.7 儲(chǔ)氫合金電極的制造6.3.8 儲(chǔ)氫合金電極的性能衰減6.3.9 儲(chǔ)氫合金的表面處理技術(shù)6.4 MH－Ni電池的性能6.4.1 MH—Ni電池充放電特性6.4.2 溫度特性6.4.3 內(nèi)壓6.4.4 自放電特性6.4.5 循環(huán)壽命第7章 鋅氧化銀電池7.1 概述7.2 鋅氧化銀電池的工作原理7.2.1 電極反應(yīng)7.2.2 電極電勢(shì)與電動(dòng)勢(shì)7.3 氧化銀電極7.3.1 充放電曲線7.3.2 氧化銀電極的自放電7.4 鋅負(fù)極7.4.1 鋅的陽(yáng)極鈍化7.4.2 鋅的陰極沉積過(guò)程7.5 鋅氧化銀電池的電化學(xué)性能7.5.1 放電特性7.5.2 鋅銀電池的循環(huán)壽命7.6 鋅銀電池結(jié)構(gòu)與制造工藝7.6.1 電極制備7.6.2 隔膜和電解液7.6.3 電池裝配第8章 鋰電池8.1 概述8.1.1 鋰電池的發(fā)展與特點(diǎn)8.1.2 鋰電池分類8.2 鋰電池的電極與電解液8.2.1 正極材料8.2.2 鋰負(fù)極8.2.3 電解液8.3 Li-MnO2電池8.3.1 Li-Mno2電池的特點(diǎn)及基本原理8.3.2 Li-MnO2電池的結(jié)構(gòu)與制備8.3.3 Li-MnO2電池特性8.4 Li-SOCl2電池8.4.1 特點(diǎn)及基本原理8.4.2 Li—SOCl2電池的組成和結(jié)構(gòu)8.4.3 Li-SOCl2電池的電化學(xué)特性8.5 Li-S02電池8.5.1 基本原理8.5.2 Li—S02電池結(jié)構(gòu)與制造工藝8.5.3 Li—SOz電池特性8.6 其他鋰電池8.6.1 Li-(Cfx)n電池8.6.2 Li-I2電池第9章 鋰離子電池9.1 概述9.1.1 鋰離子電池的發(fā)展史9.1.2 鋰離子電池的工作原理9.1.3 鋰離子電池的特點(diǎn)和應(yīng)用9.2 鋰離子電池的正極材料9.2.1 鈷酸鋰9.2.2 錳酸鋰9.2.3 鎳酸鋰9.2.4 磷酸亞鐵鋰9.2.5 其他正極材料9.3 鋰離子電池的負(fù)極材料9.3.1 碳素材料9.3.2 合金負(fù)極材料9.3.3 其他負(fù)極材料9.4 鋰離子電池的電解液9.4.1 有機(jī)溶劑9.4.2 電解質(zhì)鹽9.4.3 電解液添加劑9.5 聚合物鋰離子電池9.5.1 聚合物鋰離子電池的特點(diǎn)9.5.2 聚合物鋰離子電池的結(jié)構(gòu)9.6 鋰離子電池的制造工藝9.6.1 極片制造9.6.2 電池的裝配9.6.3 聚合物鋰離子電池的制造9.7 鋰離子電池的性能9.7.1 充放電性能9.7.2 安全性9.7.3 自放電與儲(chǔ)存性能9.7.4 使用和維護(hù)第10章 燃料電池10.1 燃料電池概述10.1.1 燃料電池的發(fā)展歷史10.1.2 燃料電池的工作原理10.1.3 燃料電池的工作特點(diǎn)10.1.4 燃料電池的類型10.1.5 燃料電池系統(tǒng)的組成10.1.6 燃料電池的應(yīng)用10.2 燃料電池的熱力學(xué)基礎(chǔ)10.2.1 燃料電池電動(dòng)勢(shì)10.2.2 燃料電池的理論效率10.3 燃料電池的電化學(xué)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)10.3.1 燃料電池的極化行為10.3.2 燃料電池的電極反應(yīng)機(jī)理10.3.3 燃料電池的實(shí)際效率10.4 燃料電池所用的燃料10.4.1 氫氣燃料的制備10.4.2 氫氣燃料的凈化10.4.3 氫氣燃料的儲(chǔ)存10.4.4 其他燃料10.5 堿性燃料電池10.5.1 簡(jiǎn)介10.5.2 堿性燃料電池的工作原理10.5.3 堿性燃料電池組件及其材料10.5.4 堿性燃料電池的排水10.5.5 堿性燃料電池的性能及其影響因素lO.6 磷酸燃料電池10.6.1 簡(jiǎn)介10.6.2 磷酸燃料電池的工作原理10.6.3 磷酸燃料電池的組成和材料10.6.4 磷酸燃料電池的排水和排熱10.6.5 磷酸燃料電池性能10.7 熔融碳酸鹽燃料電池10.7.1 簡(jiǎn)介10.7.2 熔融碳酸鹽燃料電池的工作原理10.7.3 電解質(zhì)和隔膜lO.7.4 電極10.7.5 雙極板10.7.6 熔融碳酸鹽燃料電池性能10.8 固體氧化物燃料電池10.8.1 簡(jiǎn)介10.8.2 固體氧化物燃料電池的工作原理10.8.3 電解質(zhì)10.8.4 電極10.8.5 雙極板10.8.6 電池結(jié)構(gòu)類型10.8.7 燃料電池性能10.9 質(zhì)子交換膜燃料電池10.9.1 簡(jiǎn)介10.9.2 質(zhì)子交換膜燃料電池的工作原理10.9.3 質(zhì)子交換膜10.9.4 催化劑和電極10.9.5 雙極板和流場(chǎng)10.9.6 水管理10.9.7 質(zhì)子交換膜燃料電池的性能10.10 直接醇類燃料電池10.10.1 簡(jiǎn)介10.10.2 直接甲醇燃料電池的工作原理10.10.3 甲醇氧化和電催化劑10.10.4 質(zhì)子交換膜10.10.5 直接甲醇燃料電池的性能10.11 金屬空氣燃料電池10.11.1 簡(jiǎn)介10.11.2 鋅一空氣電池工作原理10.11.3 陰極10.11.4 陽(yáng)極10.11.5 鋅空氣電池的性能第ll章 電化學(xué)電容器11.1 概述11.2 電化學(xué)電容器與電池的比較11.2.1 能量的存儲(chǔ)形式11.2.2 電容器和電池的電能存儲(chǔ)模式比較11.2.3 電化學(xué)電容器和電池運(yùn)行機(jī)理的比較11.2.4 電化學(xué)電容器與電池能量密度的差別11.2.5 電化學(xué)電容器和電池充放電曲線的比較。11.2.6 電化學(xué)電容器和電池循環(huán)伏安性能的比較11.3 雙電層電容及碳材料11.3.1 雙電層模型及其結(jié)構(gòu)11.3.2 雙層電容和理想極化電極11.3.3 非水電解質(zhì)中雙層的行為和非水電解質(zhì)電容器11.3.4 用于電化學(xué)電容器的碳材料11.3.5 關(guān)于碳材料的雙層電容11.3.6 影響碳材料電容性能的因素11.4 法拉第準(zhǔn)電容及氧化釕材料11.4.1 準(zhǔn)電容(Cm)和雙層電容(Cd1)的區(qū)分方法11.4.2 用于電化學(xué)電容器的氧化釕(Ru02)材料11.4.3 氧化釕的制備、充放電機(jī)理及電化學(xué)行為?11.4.4 其他氧化物膜表現(xiàn)的氧化還原準(zhǔn)電容行為11.5 導(dǎo)電聚合物膜的電容行為11.5.1 概述11.5.2 導(dǎo)電聚合物與準(zhǔn)電容有關(guān)的行為及循環(huán)伏安曲線的形式11.5.3 以導(dǎo)電聚合物為活性材料的電容器系統(tǒng)的分類11.6 影響電容器性能的電解質(zhì)因素11.6.1 水性電解質(zhì)11.6.2 非水電解質(zhì)11.7 制備技術(shù)及評(píng)價(jià)方法11.7.1 用于碳基電容器電極的制備11.7.2 基于RuOx的電容器電極的制備11.7.3 電容器的裝配11.7.4 電化學(xué)電容器的實(shí)驗(yàn)性評(píng)價(jià)第12章 電極材料與電池性能測(cè)試12.1 電極材料的電化學(xué)測(cè)試體系12.1.1 三電極體系12.1.2 復(fù)合粉末電極技術(shù)12.1.3 粉末微電極技術(shù)12.2 電勢(shì)階躍法12.2.1 小幅度電勢(shì)階躍法12.2.2 極限擴(kuò)散控制下的電勢(shì)階躍法12.3.3 電勢(shì)階躍法測(cè)定電極中反應(yīng)物質(zhì)的固相擴(kuò)散系數(shù)12.3 循環(huán)伏安法12.3.1 可逆電極體系的循環(huán)伏安曲線12.3.2 不可逆電極體系的循環(huán)伏安曲線12.3.3 電池中循環(huán)伏安法的應(yīng)用12.3.4 循環(huán)伏安法測(cè)定電極中反應(yīng)物質(zhì)的固相擴(kuò)散系數(shù)12.4 電化學(xué)阻抗譜技術(shù)12.4.1 電化學(xué)極化和濃差極化同時(shí)存在時(shí)的電化學(xué)阻抗譜12.4.2 電化學(xué)阻抗譜的解析12.4.3 電池中電化學(xué)阻抗譜的應(yīng)用12.5 電池性能測(cè)試方法12.5.1 充放電性能與容量測(cè)試12.5.2 循環(huán)性能測(cè)試12.5.3 自放電與儲(chǔ)存性能測(cè)試12.5.4 內(nèi)阻測(cè)試12.5.5 內(nèi)壓測(cè)試12.5.6 溫度特性測(cè)試12.5.7 安全性能測(cè)試參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第1章　電化學(xué)理論基礎(chǔ)　　1.1　電極電勢(shì)與電池電動(dòng)勢(shì)　　1.1.1　電極/溶液界面的結(jié)構(gòu)　　電極/溶液界面是電化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的場(chǎng)所，它的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)對(duì)電極反應(yīng)速度和反應(yīng)機(jī)理有顯著的影響?！　?.1.1.1　雙電層的形成與結(jié)構(gòu)　　將某種電極插入某溶液中，將形成一個(gè)兩相界面，其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)與孤立的相本體有很大的差別。這是由于某些帶粒子或偶極子發(fā)生了向界面的富集，或叫相間電勢(shì)。形成界成電勢(shì)差的原因是由于電荷在界面分布不均勻，而造成不均勻的原因則有如下幾種情況。　?、賹⒛撤N電極插入某溶液中，電極一側(cè)是金屬離子或電子以及溶液一側(cè)的離子將在兩相間自發(fā)地轉(zhuǎn)移，或者通過(guò)外電路向界面兩側(cè)充電，這樣在界面兩側(cè)都出現(xiàn)了剩余電荷。而且兩側(cè)剩余電荷的數(shù)量相等，符號(hào)是相反的。由于靜電力的作用（屆軸靜電吸附），它們便向電極表面聚集，形成了雙電層，這種雙電層叫離子雙電層，離子雙電層產(chǎn)生的電勢(shì)差就叫離子雙電層電勢(shì)差，用Фq表示?！　∠旅嬉訸n電極。維入ZnCl2溶液中的情況為例說(shuō)明離子雙電層的建立過(guò)程。作為一種金屬晶體，Zn電極是由固態(tài)晶格上的離子和自由電子組成的。金憍中的Zn2+和溶液中的Zn2+在接觸前往往具有不同的化學(xué)勢(shì)。

圖書封面

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