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第1章 化学电源概述3

1.1化学电源的发展历史3

第1篇 化学电源基础3

1.2化学电源的组成4

1.2.1电极5

1.2.2电解质9

1.2.3隔膜14

1.2.4电池壳体16

1.2.5电池组装16

1.3化学电源的工作原理17

1.3.1一次电池17

1.3.2二次电池18

1.4化学电源的分类19

1.3.3燃料电池19

1.5化学电源的主要参数20

1.5.1原电池电动势20

1.5.2电池内阻21

1.5.3开路电压和工作电压22

1.5.4容量和比容量24

1.5.5能量和比能量26

1.5.6 功率和比功率32

1.5.7电池的储存性能34

1.5.8电池寿命35

1.6化学电源设计与检测简介36

1.6.1化学电源设计36

1.6.2化学电源检测38

1.6.3电极活性物质性能检测45

1.7化学电源的应用与研究开发46

1.7.1化学电源的应用46

1.7.2高能化学电源的研究开发47

参考文献50

第2章 化学电源理论基础51

2.1 电极／溶液界面双电层和电位差51

2.1.1界面与相际51

2.1.2最简单的双电层和电位差52

2.1.3电极／溶液界面双电层的形成与电位差54

2.1.4零电荷电位56

2.1.5电极／溶液界面的等效电路57

2.1.6电极／溶液界面双电层结构模型58

2.2.1电化学体系的分类60

2.2电池的电动势60

2.1.7电极电位60

2.2.2电池的可逆性61

2.2.3电池的电动势62

2.2.4电池电动势的测量63

2.2.5电池电动势的热力学计算65

2.3平衡电极电位65

2.3.1电极的可逆性65

2.3.2可逆电极的电位66

2.3.3可逆电极的类型67

2.3.4标准电极电位和电位序70

2.4电极过程动力学73

2.4.1电极的极化现象73

2.4.2极化的原因和类型74

2.4.3电化学极化76

2.4.4浓差极化84

2.4.5电阻极化93

2.4.6阴极极化与阳极极化93

2.5多孔电极过程94

2.5.1两相多孔电极过程95

2.5.2三相多孔电极过程99

2.5.3气体扩散电极中的物质传递106

2.5.4气体扩散电极中的电流分布107

2.6析氢电极过程动力学109

2.6.1氢离子的阴极还原过程109

2.6.2析氢反应的电极过程机理113

2.6.3不同电极上析氢反应本质119

2.7.1研究氧电极过程的意义和存在的困难121

2.7析氧电极过程121

2.7.2氧电极的阳极过程123

参考文献126

第2篇 常用化学电源129

第3章 锌锰电池129

3.1概述129

3.1.1勒克朗谢电池130

3.1.2纸板电池131

3.1.3碱性锌－锰电池131

3.1.4无汞碱性锌－锰电池131

3.2锌电极132

3.2.1锌电极的类型132

3.2.2锌电极的析氢腐蚀与抑制措施134

3.2.3锌电极的制备141

3.3.1二氧化锰电极的阴极还原142

3.3二氧化锰电极142

3.3.2二氧化锰的物理化学性能144

3.3.3二氧化锰电极的放电性能147

3.3.4可充碱性锌二氧化锰电池149

3.3.5二氧化锰正极的组成152

3.3.6二氧化锰电极的制备153

3.4其他电池材料153

3.4.1电解质溶液153

3.4.2隔膜155

3.4.3电池壳体156

3.4.4石墨（炭黑）156

3.4.5密封剂156

3.5.1电池的制备工艺和结构157

3.4.6集流体157

3.5锌－锰电池制备及性能157

3.5.2锌－锰电池的性能160

参考文献164

第4章 铅－酸电池166

4.1概述166

4.1.1铅－酸电池的分类166

4.1.2铅－酸电池的产品规格型号168

4.1.3铅－酸电池的结构169

4.2铅－酸电池的工作原理170

4.2.1电池反应170

4.2.2铅－酸电池体系电位－pH图171

4.3.1二氧化铅的物理性质172

4.3二氧化铅电极172

4.3.2二氧化铅电极的放电机理与影响因素174

4.3.3二氧化铅的充电机理178

4.3.4二氧化铅电极的自放电179

4.3.5二氧化铅电极的添加剂179

4.4铅电极182

4.4.1铅电极的充放电机理182

4.4.2铅电极的钝化182

4.4.3铅电极添加剂183

4.4.4铅电极的硫酸盐化及消除185

4.4.5铅电极的自放电187

4.4.6极板厚度对铅电极活性材料利用率的影响188

4.4.7铅电极的组成188

4.5.1板栅的作用189

4.5合金板栅189

4.5.2板栅材料的性能要求190

4.5.3合金板栅的分类190

4.5.4铅锑合金板栅191

4.5.5铅钙合金板栅194

4.5.6其他板栅197

4.5.7板栅的腐蚀198

4.6电解质溶液199

4.6.1添加剂及作用199

4.6.2胶体电解质200

4.7隔板202

4.7.1微孔硬橡胶隔板202

4.7.5玻璃丝隔板及套管203

4.7.4玻璃纸浆复合隔板203

4.7.3聚烯烃树脂微孔隔板203

4.7.2聚氯乙烯塑料隔板203

4.8铅－酸电池的制造工艺204

4.8.1板栅205

4.8.2生极板制造205

4.8.3极板的化成207

4.8.4铅－酸电池的组装210

4.9铅－酸电池的性能211

4.9.1 电池内阻211

4.9.2充放电特性211

4.9.3电池容量212

4.9.4电池储存性能212

4.10.2使用过程中的充电方法213

4.10.1初充电213

4.10电池的使用与维护213

4.10.3铅－酸电池的维护214

4.11密封式免维护铅－酸电池214

4.11.1电池工作原理214

4.11.2电池制造215

4.11.3密封铅－酸蓄电池的性能215

4.11.4密封式铅－酸电池的发展方向216

参考文献218

第3篇 镍系电池223

第5章 镉－镍电池223

5.1概述223

5.1.1镉－镍电池特点223

5.1.3镉－镍电池分类224

5.1.2镉－镍电池反应224

5.1.4镉－镍电池型号和标志225

5.1.5密封镉－镍电池225

5.1.6镉－镍电池的发展226

5.2氧化镍正极228

5.2.1氧化镍正极的电极过程228

5.2.2氧化镍正极材料的制备230

5.2.3氧化镍正极添加剂及作用231

5.2.4氧化镍正极活性物质的组成232

5.3镉负极233

5.3.1镉负极的电极过程机理233

5.3.2镉负极添加剂及作用233

5.4镉－镍电池电极制造234

5.3.3镉负极活性物质234

5.4.1袋式电极235

5.4.2烧结式电极236

5.4.3黏结式电极239

5.4.4泡沫镍电极240

5.4.5电沉积式电极242

5.4.6纤维式电极244

5.5镉－镍电池245

5.5.1有极板盒式镉－镍电池245

5.5.2烧结式镉－镍电池246

5.5.3密封式镉－镍电池247

5.5.4快充式镉－镍电池249

5.6镉－镍电池的性能251

5.6.2活性物质的利用率253

5.6.1镉－镍电池的充放电性能253

5.6.3 自放电性能254

5.6.4电池寿命254

5.6.5耐过充和过放电能力255

5.6.6电池内阻255

5.6.7温度特性255

5.6.8记忆效应255

5.7镉－镍电池的使用与维护256

5.7.1充放电制度256

5.7.2电池活化257

5.7.3电解液更换257

参考文献257

6.1.1 高压氢－镍电池259

6.1 概述259

第6章 氢－镍电池259

6.1.2低压氢－镍电池260

6.2高压氢－镍电池261

6.2.1高压氢－镍电池的工作原理261

6.2.2高压氢－镍电池的结构263

6.2.3高压氢－镍电池的性能268

6.3金属氢化物－镍电池270

6.3.1金属氢化物－镍电池的工作原理270

6.3.2金属氢化物－镍电池的结构和制备273

6.3.3金属氢化物－镍电池的性能276

6.4储氢合金279

6.4.1储氢合金分类280

6.4.3典型储氢合金281

6.4.2负极用储氢合金281

6.4.4金属氢化物的储氢与放氢原理285

6.4.5储氢合金的结构和性能287

6.4.6储氢合金制备290

6.4.7储氢合金的表面改性293

6.4.8储氢合金的研究现状及方向294

6.5金属氢化物－镍电池的研究现状与开发方向297

6.5.1研究现状297

6.5.2开发方向298

6.5.3 MH-Ni电池技术299

参考文献300

7.1概述303

7.1.1锂电池的分类和特点303

第7章 锂电池303

第4篇 锂系电池303

7.1.2锂电池的命名方法305

7.1.3锂电池的电极反应306

7.1.4锂电池的组成306

7.2有机电解质锂电池307

7.2.1锂－二氧化锰电池308

7.2.2锂－二氧化硫电池311

7.2.3锂－聚氟化碳电池313

7.3无机电解质锂电池314

7.3.1 Li-SOCl2电池组成和电池反应315

7.3.2 Li-SOCl2电池的特性316

7.4.1负极材料317

7.4熔盐锂电池317

7.4.2正极材料319

7.4.3 电解质323

7.4.4电池辅助材料324

7.4.5熔盐锂电池的结构和特性325

7.5热电池328

7.5.1热电池的特点328

7.5.2负极材料329

7.5.3正极材料329

7.5.4电解质330

7.5.5热电池的性能330

参考文献331

8.1.1锂离子电池332

8.1概述332

第8章 锂离子电池332

8.1.2锂离子电池的特点333

8.1.3锂离子电池的工作原理334

8.1.4锂离子电池的发展历史335

8.2正极材料336

8.2.1正极材料的性能336

8.2.2氧化钴锂340

8.2.3氧化镍锂342

8.2.4氧化锰锂344

8.2.5氧化钒锂347

8.2.6影响正极活性物质电化学性能的因素348

8.3负极材料349

8.3.1碳素材料350

8.3.2石墨化碳素材料352

8.3.3无定形碳354

8.3.4碳素材料的改性355

8.3.5插锂机理简介357

8.3.6其他负极材料简介358

8.4电解质360

8.4.1有机电解质溶液360

8.4.2聚合物电解质364

8.4.3无机电解质369

8.5其他材料370

8.5.1 隔膜材料370

8.5.4导电剂371

8.5.5正温度系数端子371

8.5.3集流体371

8.5.2胶黏剂371

8.6锂离子电池的组装372

8.6.1 正极活性物质制备372

8.6.2负极活性物质制备374

8.6.3 正、负极制备374

8.6.4电池组装374

8.7锂离子电池的性能374

8.8锂离子电池的开发与应用376

8.8.1在电子产品方面的应用376

8.8.2在交通工具方面的应用377

8.8.3在军事上的应用378

8.8.4在储能方面的应用378

参考文献379

9.1燃料电池的发展历史383

第9章 燃料电池基本知识383

第5篇 燃料电池383

9.2燃料电池的工作原理384

9.2.1燃料电池的组成384

9.2.2燃料电池的电极反应和电池电动势385

9.2.3燃料电池的效率386

9.2.4气体压力对燃料电池电动势的影响389

9.2.5燃料电池的工作电压389

9.3燃料电池的分类、系统和特点390

9.3.1燃料电池的分类390

9.3.2燃料电池系统392

9.3.3燃料电池的特点394

9.4燃料电池中的催化电极395

9.4.1催化电极395

9.4.2电催化在燃料电池中的作用397

9.4.3电催化剂的性能要求399

9.4.4电催化剂的选择与设计原则399

9.5燃料的电催化氧化400

9.5.1氢气的阳极氧化401

9.5.2有机物质的阳极氧化405

9.6氧气的阴极还原406

9.6.1氧气阴极还原的特点406

9.6.2氧气的阴极还原过程机理407

9.6.3氧阴极还原过程的极化曲线410

9.6.4化学修饰电极电催化氧还原411

9.7燃料电池的研究方向413

9.7.1燃料413

9.7.2燃料电池的商业化417

9.7.3电催化剂与催化机理418

参考文献419

第10章 质子交换膜燃料电池420

10.1质子交换膜燃料电池的发展历史420

10.2质子交换膜燃料电池的特性421

10.2.1效率特性421

10.2.2温度特性421

10.2.3压力特性422

10.2.4模块特性423

10.2.5启动和安全特性423

10.2.6对一氧化碳的敏感性424

10.3质子交换膜425

10.3.1质子交换膜的特点425

10.3.2质子交换膜的结构426

10.3.3质子交换膜的性能427

10.4 电催化剂431

10.4.1传统催化剂及改性431

10.4.2催化剂的研究开发方向434

10.5电极435

10.5.1电极组成与结构435

10.5.2电极反应过程436

10.5.3电极制备工艺438

10.5.4影响电极性能的因素441

10.6水与热的管理446

10.6.1水的生成与迁移446

10.6.2影响水平衡的因素448

10.6.3实现水管理的途径449

10.7质子交换膜燃料电池系统454

10.6.4热管理454

10.7.1电池系统的特点455

10.7.2电池系统的优化456

10.8质子交换膜燃料电池的研究开发现状459

10.8.1 小型分散电站459

10.8.2移动电源459

10.8.3应用前景展望460

10.9直接甲醇燃料电池460

10.9.1直接甲醇燃料电池简介460

10.9.2甲醇阳极氧化机理461

10.9.3电极催化剂462

10.9.4电极464

10.9.5电池性能464

参考文献465

第11章 碱性燃料电池468

11.1概述468

11.1.1碱性燃料电池的基本原理468

11.1.2碱性燃料电池的特点469

11.1.3碱性燃料电池的类型470

11.2碱性燃料电池的电极473

11.2.1电极特点473

11.2.2催化剂474

11.2.3电极结构474

11.2.4典型电极476

11.3电池的连接477

11.4电池排水与排热478

11.4.1排水478

11.5.1电池的性能479

11.4.2排热479

11.5电池性能与操作条件479

11.5.2操作温度和压力480

11.6研究现状与开发方向481

11.6.1发展历史与现状481

11.6.2典型碱性燃料电池体系483

11.6.3研究开发方向484

参考文献485

第12章 中高温燃料电池486

12.1概述486

12.1.1 中高温燃料电池简介486

12.1.2 中高温燃料电池面临的问题487

12.1.3燃料重整488

12.1.4燃料利用率488

12.1.5余热的循环利用489

12.1.6热交换器490

12.2磷酸型燃料电池490

12.2.1概述490

12.2.2电池系统结构491

12.2.3电池系统运行特性496

12.2.4发展历史与研究现状502

12.3熔融碳酸盐燃料电池508

12.3.1概述508

12.3.2电极与电池组装510

12.3.3影响MCFC性能的因素516

12.3.4 MCFC电站系统519

12.3.5 MCFC现状与研究方向520

12.4.1概述525

12.4固体氧化物燃料电池525

12.4.2电池材料526

12.4.3 SOFC的结构和制造532

12.4.4发展历史与现状537

参考文献538

第6篇 安全、环保和综合利用543

第13章 环保、安全和综合利用543

13.1化学危险品543

13.1.1化学危险品的毒性标准543

13.1.2腐蚀性化学品544

13.1.3易燃气体和液体546

13.1.4有关溶剂的安全防护547

13.2氟树脂548

13.1.5有关氧气浓度548

13.2.1氟树脂的热分解549

13.2.2安全防护措施550

13.3废旧电池处理551

13.3.1锌－锰电池551

13.3.2铅－酸电池553

13.3.3镉－镍电池554

13.3.4氢－镍电池555

13.3.5锂离子电池556

13.4 燃料电池556

13.4.1催化剂中的铂556

13.4.2铂的回收方法557

参考文献558

附录560