新型化学电源技术概论PDF电子书下载

第1章　概述 1

1.1　化学电源的定义和组成 1

1.1.1 定义 1

1.1.2 组成 1

1.1.3 表示法 3

1.2　化学电源的分类 3

1.3　化学电源的性能 5

1.3.1 电动势 5

1.3.2 开路电压 6

1.3.3 工作电压和内阻 7

1.3.4 充电电压 8

1.3.5 电容量及其影响因素 9

1.3.6 比能量和比功率 13

1.3.7　贮存性能和自放电 14

1.3.8　寿命 15

1.4　化学电源的选择和应用 16

1.4.1 选择 16

1.4.2 应用 17

第2章　理论基础 18

2.1 引言 18

2.2　界面双电层和电位的生成 19

2.3　伽伐尼电池的热力学 21

2.3.1　体系能量变换 21

2.3.2 电极电位 22

2.3.3　E与浓度的关系 23

2.3.4 E与温度和压力的关系 24

2.4 电极过程 25

2.4.1 电流和反应速率 25

2.4.2 极化损失 27

2.4.3　欧姆电位降 27

2.4.4 电极过程动力学和电极极化损失 28

2.4.5 电荷迁移动力学 29

2.4.6　浓差过电位 34

第3章　锌银电池 37

3.1　概述 37

3.1.1 发展简史 37

3.1.2 分类 37

3.1.3 性能 38

3.1.4　特点 43

3.1.5 用途 44

3.2　化学原理 45

3.2.1　锌负极 45

3.2.2　氧化银正极 48

3.2.3 电池反应 51

3.2.4 电池热力学 52

3.3　锌银电池的设计 54

3.3.1 电性能设计 54

3.3.2　低温性能的提高 64

3.4　锌银电池结构和制造 66

3.4.1 电池结构 66

3.4.2 电池制造 66

3.5　锌银扣式电池 78

3.6　人工激活锌银二次电池组 79

3.6.1　结构和组成 79

3.6.2 寿命 80

3.7 自动激活锌银一次电池组 82

3.7.1　特性和用途 82

3.7.2 电加热自动激活锌银一次电池组 83

3.7.3 化学加热自动激活锌银一次电池组 88

3.8　锌银电池的使用与维护 91

3.8.1 锌银二次电池的注液激活和使用维护 91

3.8.2 自动激活式锌银一次电池组的激活和使用 92

3.8.3 电池的贮存和运输 93

3.9　发展前景 94

第4章　镉镍电池 95

4.1　概述 95

4.1.1 发展简史 95

4.1.2 分类 96

4.1.3 性能特点 98

4.1.4　用途 102

4.2　化学原理 103

4.2.1　成流反应 103

4.2.2 电极电位和电动势 103

4.2.3　氧化镍电极的工作原理 104

4.2.4　镉电极的工作原理 107

4.2.5 密封镉镍电池工作原理 108

4.3　矩形开口式镉镍电池 111

4.3.1 有极板盒式镉镍电池 111

4.3.2　全烧结镉镍电池 115

4.3.3　半烧结镉镍电池 124

4.3.4　典型电池设计 126

4.4　圆柱形密封镉镍电池 129

4.4.1 电池结构 129

4.4.2　电池制造 131

4.4.3 电池性能 133

4.4.4 电池型号和尺寸 136

4.5　全密封镉镍电池 137

4.5.1 电池结构 138

4.5.2　电池制造 139

4.5.3 电池性能 143

4.5.4 电池组设计 150

4.5.5　航天应用 156

4.6　使用维护 158

4.6.1　注意事项 158

4.6.2　使用前检查与准备 159

4.6.3 充电电源的选择 159

4.6.4　充电 159

4.6.5　放电 160

4.6.6　电池活化 160

4.6.7 电解液更换 161

4.6.8　贮存 162

4.6.9 常见故障及处理方法 162

4.6.10 电池的失效 163

4.6.11 航天用镉镍电池的使用与维护 166

4.7　技术发展 167

4.7.1　黏结电极镉镍电池 167

4.7.2 电沉积电极镉镍电池 168

4.7.3 纤维式镍电极镉镍电池 168

4.7.4 泡沫电极镉镍电池 168

4.7.5　超级镉镍电池 168

第5章　氢镍电池 172

5.1　概述 172

5.1.1 发展简史 174

5.1.2 分类 179

5.2　化学原理 181

5.2.1 正常充电和放电 183

5.2.2　过充电 183

5.2.3 过放电 183

5.2.4 自放电 183

5.3　性能特点 184

5.3.1 电压 184

5.3.2 容量 185

5.3.3　充电和放电过程中的温度变化 186

5.3.4 气体压力 187

5.3.5 自放电 188

5.3.6 工作寿命 188

5.4　单体电池的结构和制造 189

5.4.1 基本组成和结构 189

5.4.2　IPV氢镍电池的结构与制造 195

5.4.3　CPV氢镍电池的结构与制造 196

5.4.4　单体电池设计中需要考虑的几个问题 197

5.5　电池组结构与制造 197

5.5.1　IPV、CPV氢镍电池组的结构与制造 198

5.5.2　SPV氢镍电池组的结构与制造 199

5.5.3　DPV氢镍电池组的结构与制造 201

5.5.4 单体电池实例分析 202

5.5.5 电池组实例分析 205

5.6　低压氢镍电池 207

5.6.1　发展简史 208

5.6.2　特性和用途 208

5.6.3 化学原理 209

5.6.4　结构与制造 211

5.6.5 应用分析 213

5.7　使用维护 215

5.7.1 注意事项 215

5.7.2 活化 215

5.7.3 贮存 216

5.8　发展前景 216

第6章　热激活电池 219

6.1　特性和用途 219

6.1.1 发展简史 219

6.1.2　性能特点 220

6.1.3　用途 220

6.2　化学原理 220

6.3　电池结构和激活方法 221

6.3.1 杯型结构 221

6.3.2 片型结构 221

6.3.3 电池组结构 222

6.3.4　激活方式 222

6.4　钙系热电池 224

6.4.1　Ca-PbSO4杯型热电池 224

6.4.2 Ca-CaCrO4热电池 228

6.4.3 缓冲片、加热片、保温材料的性能及制造 231

6.4.4　热电池制造所需设备和仪器 237

6.5　锂系热电池 240

6.5.1 　Li（Al）-FeS2热电池 241

6.5.2 　Li（Si）-FeS2热电池 244

6.5.3 Li（B）-FeS2热电池 250

6.5.4 锂系热电池新材料及新技术 252

6.6　质量控制和可靠性、安全性 257

6.7　使用维护 258

6.8　发展前景 259

第7章　锂电池 260

7.1　概述 260

7.1.1　发展简史 260

7.1.2　分类 261

7.1.3　特性 263

7.1.4 用途 268

7.2　结构组成 270

7.2.1 锂负极 270

7.2.2 正极物质 271

7.2.3 电解液 272

7.3　Li-MnO2电池 274

7.3.1 电池反应 274

7.3.2　结构 274

7.3.3　性能 275

7.3.4　用途 278

7.4　Li-（CFx）n电池 278

7.4.1 电池反应 278

7.4.2 结构 278

7.4.3 性能 279

7.4.4 用途 280

7.5　Li-CuO电池 280

7.6 Li-Bi2O3、Li-Pb3O4、Li-Bi2Pb2O5电池 284

7.7　Li-Ag2CrO4电池 287

7.8　Li-SO2电池 288

7.9　Li-SOCl2、Li-SO2Cl2电池 291

7.9.1 主要特性 291

7.9.2 电压滞后和安全问题 299

7.9.3　制造方法 307

7.9.4 应用 308

7.10　Li-I2电池 308

7.11　Li-FeS2电池 310

7.12　Li-MoS2电池 312

7.13　锂贮备电池 313

7.14　锂水电池 315

7.15　发展前景 316

第8章　锂离子电池 320

8.1　特性和用途 320

8.1.1 发展简史 320

8.1.2 分类与命名方法 321

8.1.3 性能特点 322

8.2　化学原理 323

8.2.1　成流反应 323

8.2.2 电极电位和电动势 324

8.3　正极材料 325

8.3.1 锂离子电池正极材料的常规制备方法 327

8.3.2　LiCoO2正极材料 327

8.3.3 Li-Ni-O系正极材料 328

8.3.4 Li-Mn-O系正极材料 330

8.3.5　Li-Ni-Co-Mn-O系正极材料 331

8.3.6 聚阴离子体系正极材料 332

8.3.7　硫化物体系正极材料 333

8.3.8　锂离子电池正极材料的发展方向 334

8.4　负极材料 334

8.4.1 锂离子嵌入碳材料的机理 335

8.4.2　碳材料存在的问题及解决方法 335

8.4.3　碳材料 338

8.5 电解液 345

8.5.1 电解质锂盐 346

8.5.2　有机溶剂 346

8.5.3 添加剂 348

8.5.4 常用的有机电解液类型 349

8.6　隔膜 350

8.7　锂离子电池的制造 351

8.7.1　正极的制造 351

8.7.2　负极的制造 353

8.7.3 电池装配 353

8.7.4 电池的化成和分选 354

8.8　聚合物锂离子电池 355

8.9　锂离子电池设计 356

8.9.1　锂离子电池设计 356

8.10　锂离子电池性能检测 359

8.10.1 锂离子电池安全性检测 359

8.10.2　电性能检测 362

8.11　使用和维护 364

8.12　应用前景 369

8.12.1　航天领域 369

8.12.2 电动汽车 371

第9章　水激活电池 374

9.1　特性和用途 374

9.2　化学原理 375

9.3　电池结构 378

9.3.1　浸没型 378

9.3.2　浸润型 379

9.3.3 自流型 379

9.3.4 控流型 380

9.3.5 隙漏电流和抑制 381

9.4　电池制造和性能 381

9.4.1 负极 382

9.4.2 正极 386

9.4.3 电池组 388

9.5　发展前景 398

第10章　锌空电池 400

10.1　概述 400

10.1.1 发展简史 400

10.1.2　分类 401

10.1.3 电池特性 402

10.1.4　用途 403

10.2　化学原理 403

10.2.1 电池反应 403

10.2.2 电池电动势 403

10.2.3　氧电极 404

10.2.4　锌电极 407

10.3 电池结构 408

10.3.1 Edison Carbonaire电池 408

10.3.2　锌空电池 410

10.3.3　扣式锌空电池 411

10.3.4 密封锌氧二次电池 416

10.4　电池制造 418

10.4.1 多孔锌电极 418

10.4.2 气体扩散电极 419

10.5　使用维护 423

10.6　发展前景 423

第11章　钠硫电池 427

11.1　概述 427

11.2　Beta氧化铝固体电解质 429

11.3　电池结构 430

11.3.1 片状电池 430

11.3.2 管状电池 430

11.4　固体电解质和电池制造 432

11.4.1　Beta氧化铝管制造 432

11.4.2　单体电池制造 432

11.5　电池性能 434

11.5.1 电池内阻 434

11.5.2 电池充放电特性 435

11.5.3 电池寿命及其影响因素 436

11.6　电池组性能 437

11.6.1 电动车电池组 437

11.6.2　贮能电池组 439

11.6.3 空间飞行用电池组 440

11.7　发展前景 441

第12章　燃料电池 447

12.1　概述 447

12.1.1 发展简史 447

12.1.2 特性 449

12.1.3　用途 451

12.2　化学原理和分类原则 452

12.2.1 化学原理 452

12.2.2　燃料电池热、动力学性能 453

12.2.3　分类与组合 458

12.3　碱性燃料电池 459

12.3.1　碱性燃料电池工作原理 460

12.3.2　碱性培根型氢氧燃料电池 460

12.3.3　碱性石棉膜氢氧燃料电池 469

12.4　质子交换膜燃料电池 472

12.4.1 质子交换膜燃料电池工作原理和基本结构 472

12.4.2 质子交换膜燃料电池研究历史 473

12.4.3　质子交换膜燃料电池关键部件与材料 474

12.4.4　质子交换膜燃料电池组关键技术 488

12.4.5 质子交换膜燃料电池系统的构成与技术要求 491

12.4.6　直接甲醇燃料电池（DMFC） 492

12.4.7 质子交换膜燃料电池的应用前景 495

12.5　磷酸燃料电池 496

12.5.1 磷酸燃料电池的结构与原理 496

12.5.2　磷酸燃料电池电站技术发展概况 499

12.5.3　磷酸燃料电池商业化 500

12.6　熔融碳酸盐燃料电池 501

12.6.1　熔融碳酸盐电池的结构与原理 501

12.6.2　熔融碳酸盐燃料电池技术发展概况 503

12.7　固体氧化物燃料电池 504

12.7.1 高温固体氧化物燃料电池 505

12.7.2　低温固体氧化物燃料电池 507

12.8　燃料电池发展前景 511

第13章　电化学电容器 517

13.1　概述 517

13.1.1　发展简史 517

13.1.2 特性 518

13.2　原理 520

13.2.1　贮能机理 520

13.2.2 电化学电容器工作原理 522

13.3　组成和结构 523

13.3.1 电化学电容器单体 523

13.3.2 电化学电容器组 526

13.4　分类 528

13.5 电极 529

13.5.1　碳电极 530

13.5.2　RuO2电极 531

13.5.3　其他金属化合物电极 535

13.5.4　导电聚合物电极 536

13.6　性能参数 536

13.6.1 电容量 536

13.6.2 额定电压 536

13.6.3　浪涌电压 537

13.6.4　额定电流 537

13.6.5　最大脉冲电流 537

13.6.6 最大贮能 537

13.6.7 比能量 537

13.6.8　比功率 537

13.6.9 内阻 538

13.6.10　漏电流 539

13.6.11　工作温度范围 539

13.6.12　循环寿命 539

13.6.13 自放电 539

13.7　技术水平 541

13.8　应用 546

13.9　发展前景 550

第14章　氧化还原液流电池 555

14.1　概述 555

14.1.1　发展简史 555

14.1.2　特性与用途 556

14.2　工作原理 557

14.2.1 电化学原理 557

14.2.2　工作原理 558

14.3　结构和制造 558

14.3.1 电堆 558

14.3.2 电解液 560

14.3.3 循环泵 563

14.4　发展前景 563

附录　化学电源常用名词术语中英文对照 568