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第1章 电化学理论基础 1

1.1 电极电势与电池电动势 1

1.1.1 电极／溶液界面的结构 1

1.1.2 绝对电极电势与相对电极电势 3

1.1.3 电极电势和电池电动势 4

1.1.4 电池电动势与温度和压力的关系 6

1.2 电化学反应的特点及研究方法 7

1.2.1 电化学反应的特点 7

1.2.2 电化学反应基本概念 8

1.2.3 极化曲线及其测量方法 9

1.2.4 电极过程特征及研究方法 11

1.3 电化学步骤动力学 12

1.3.1 电极电势对反应速度的影响 12

1.3.2 稳态极化的动力学公式 14

1.3.3 多电子转移过程 16

1.4 液相传质过程动力学 17

1.4.1 液相传质的方式 17

1.4.2 稳态扩散过程 18

1.4.3 电化学步骤不可逆时的稳态扩散 21

1.5 气体电极过程 21

1.5.1 氢析出电极过程 22

1.5.2 氧电极过程 23

第2章 化学电源概论 25

2.1 化学电源的发展 25

2.2 化学电源的分类 26

2.3 化学电源的工作原理及组成 26

2.3.1 化学电源的工作原理 26

2.3.2 化学电源的组成 27

2.4 化学电源的电性能 28

2.4.1 电池的电动势 28

2.4.2 电池的开路电压 29

2.4.3 电池的内阻 29

2.4.4 电池的工作电压 29

2.4.5 电池的容量与比容量 31

2.4.6 电池的能量与比能量 35

2.4.7 电池的功率与比功率 36

2.4.8 电池的储存性能与自放电 37

2.4.9 循环寿命 38

2.5 化学电源中的多孔电极 38

2.5.1 多孔电极的意义 38

2.5.2 两相多孔电极 39

2.5.3 三相多孔电极 42

第3章 锌锰电池 49

3.1 概述 49

3.2 二氧化锰电极 50

3.2.1 二氧化锰阴极还原的初级过程 50

3.2.2 二氧化锰阴极还原的次级过程 51

3.2.3 二氧化锰阴极还原的控制步骤 52

3.3 锌电极 52

3.3.1 锌电极的阳极氧化过程 52

3.3.2 锌电极的钝化 52

3.3.3 锌电极的自放电 53

3.4 锌锰电池材料 54

3.4.1 二氧化锰材料 54

3.4.2 锌材料 56

3.4.3 电解质 57

3.4.4 隔膜 57

3.4.5 导电材料 57

3.4.6 锌膏凝胶剂 58

3.5 锌锰电池制造工艺 58

3.5.1 糊式锌锰电池 58

3.5.2 纸板电池 58

3.5.3 叠层锌锰电池 61

3.5.4 碱性锌锰电池 61

3.5.5 可充碱性锌锰电池 63

3.6 锌锰电池的主要性能 64

3.6.1 开路电压与工作电压 64

3.6.2 欧姆内阻、短路电流和负荷电压 65

3.6.3 容量及其影响因素 65

3.6.4 储存性能 66

3.6.5 高温性能和低温性能 66

第4章 铅酸蓄电池 67

4.1 概述 67

4.1.1 铅酸蓄电池的发展 67

4.1.2 铅酸蓄电池的结构 68

4.1.3 铅酸蓄电池的用途 69

4.1.4 铅酸蓄电池的特点 69

4.2 铅酸蓄电池的热力学基础 69

4.2.1 电池反应、电动势 69

4.2.2 铅-硫酸水溶液的电势-pH图 70

4.3 板栅 73

4.3.1 板栅合金 73

4.3.2 铅板栅的腐蚀 75

4.4 二氧化铅正极 76

4.4.1 二氧化铅的多晶现象 76

4.4.2 二氧化铅颗粒的凝胶-晶体形成理论 76

4.4.3 正极活性物质的反应机理 77

4.5 铅负极 78

4.5.1 铅负极的反应机理 78

4.5.2 铅负极的钝化 79

4.5.3 负极活性物质的收缩与添加剂 79

4.5.4 铅负极的自放电 79

4.5.5 铅负极的不可逆硫酸盐化 81

4.5.6 高倍率部分荷电状态下铅负极的硫酸铅积累 81

4.6 铅酸蓄电池的电性能 82

4.6.1 铅酸蓄电池的电压与充放电特性 82

4.6.2 铅酸蓄电池的容量及其影响因素 82

4.6.3 铅酸蓄电池的失效模式和循环寿命 84

4.6.4 铅酸电池的充电接受能力 84

4.7 铅酸蓄电池制造工艺原理 85

4.7.1 板栅制造 85

4.7.2 铅粉制造 85

4.7.3 铅膏的配制 86

4.7.4 生极板的制造 87

4.7.5 极板化成 87

4.7.6 电池装配 90

第5章 镉镍电池 91

5.1 概述 91

5.2 镉镍电池的工作原理 92

5.2.1 成流反应 92

5.2.2 电极电势与电动势 92

5.3 氧化镍电极 92

5.3.1 氧化镍电极的反应机理 92

5.3.2 氧化镍电极的添加剂 94

5.3.3 氧化镍电极材料 95

5.4 镉电极 96

5.4.1 反应机理 96

5.4.2 镉电极的钝化与聚结 97

5.4.3 镉电极的充电效率与自放电 97

5.4.4 镉电极材料 97

5.5 密封镉镍电池 98

5.5.1 密封原理 98

5.5.2 密封措施 98

5.6 镉镍电池的电性能 100

5.6.1 充放电曲线 100

5.6.2 记忆效应 101

5.6.3 循环寿命 101

5.6.4 自放电 102

5.7 镉镍电池的制造工艺 102

5.7.1 有极板盒式电极的制造 102

5.7.2 烧结式电极的制造 103

5.7.3 黏结式电极的制造 106

5.7.4 发泡式电极的制造 106

5.7.5 纤维式电极的制造 107

5.7.6 电沉积镉电极的制造 107

5.7.7 密封镉镍电池的制造 108

第6章 金属氢化物镍电池 109

6.1 概述 109

6.2 MH-Ni电池的工作原理与特点 109

6.2.1 MH-Ni电池的工作原理 109

6.2.2 MH-Ni电池的密封 110

6.2.3 金属氢化物-镍电池的特点 111

6.3 储氢合金电极 111

6.3.1 储氢合金的性质 111

6.3.2 储氢合金电极的电化学容量 113

6.3.3 储氢合金的分类 113

6.3.4 AB5型储氢合金 114

6.3.5 AB2型储氢合金 115

6.3.6 储氢合金的制备 116

6.3.7 储氢合金电极的制造 117

6.3.8 储氢合金电极的性能衰减 117

6.3.9 储氢合金的表面处理技术 118

6.4 MH-Ni电池的性能 118

6.4.1 MH-Ni电池充放电特性 118

6.4.2 温度特性 119

6.4.3 内压 119

6.4.4 自放电特性 120

6.4.5 循环寿命 120

第7章 锌氧化银电池 121

7.1 概述 121

7.2 锌氧化银电池的工作原理 122

7.2.1 电极反应 122

7.2.2 电极电势与电动势 122

7.3 氧化银电极 123

7.3.1 充放电曲线 123

7.3.2 氧化银电极的自放电 125

7.4 锌负极 127

7.4.1 锌的阳极钝化 127

7.4.2 锌的阴极沉积过程 129

7.5 锌氧化银电池的电化学性能 129

7.5.1 放电特性 129

7.5.2 锌银电池的循环寿命 130

7.6 锌银电池结构与制造工艺 132

7.6.1 电极制备 132

7.6.2 隔膜和电解液 134

7.6.3 电池装配 135

第8章 锂电池 137

8.1 概述 137

8.1.1 锂电池的发展与特点 137

8.1.2 锂电池分类 138

8.2 锂电池的电极与电解液 139

8.2.1 正极材料 139

8.2.2 锂负极 139

8.2.3 电解液 140

8.3 Li-MnO2电池 144

8.3.1 Li-MnO2电池的特点及基本原理 144

8.3.2 Li-MnO2电池的结构与制备 145

8.3.3 Li-MnO2电池特性 146

8.4 Li-SOCl2电池 147

8.4.1 特点及基本原理 147

8.4.2 Li-SOCl2电池的组成和结构 148

8.4.3 Li-SOCl2电池的电化学特性 149

8.5 Li-SO2电池 150

8.5.1 基本原理 150

8.5.2 Li-SO2电池结构与制造工艺 150

8.5.3 Li-SO2电池特性 151

8.6 其他锂电池 152

8.6.1 Li-（CFx）n电池 152

8.6.2 Li-I2电池 153

第9章 锂离子电池 155

9.1 概述 155

9.1.1 锂离子电池的发展史 155

9.1.2 锂离子电池的工作原理 155

9.1.3 锂离子电池的特点和应用 156

9.2 锂离子电池的正极材料 157

9.2.1 钴酸锂 157

9.2.2 锰酸锂 158

9.2.3 镍酸锂 160

9.2.4 磷酸亚铁锂 160

9.2.5 其他正极材料 161

9.3 锂离子电池的负极材料 162

9.3.1 碳素材料 162

9.3.2 合金负极材料 163

9.3.3 其他负极材料 165

9.4 锂离子电池的电解液 165

9.4.1 有机溶剂 166

9.4.2 电解质盐 167

9.4.3 电解液添加剂 168

9.5 聚合物锂离子电池 169

9.5.1 聚合物锂离子电池的特点 169

9.5.2 聚合物锂离子电池的结构 169

9.6 锂离子电池的制造工艺 170

9.6.1 极片制造 170

9.6.2 电池的装配 171

9.6.3 聚合物锂离子电池的制造 172

9.7 锂离子电池的性能 173

9.7.1 充放电性能 174

9.7.2 安全性 174

9.7.3 自放电与储存性能 177

9.7.4 使用和维护 177

第10章 燃料电池 179

10.1 燃料电池概述 179

10.1.1 燃料电池的发展历史 179

10.1.2 燃料电池的工作原理 179

10.1.3 燃料电池的工作特点 181

10.1.4 燃料电池的类型 181

10.1.5 燃料电池系统的组成 182

10.1.6 燃料电池的应用 183

10.2 燃料电池的热力学基础 184

10.2.1 燃料电池电动势 184

10.2.2 燃料电池的理论效率 185

10.3 燃料电池的电化学动力学基础 185

10.3.1 燃料电池的极化行为 185

10.3.2 燃料电池的电极反应机理 186

10.3.3 燃料电池的实际效率 189

10.4 燃料电池所用的燃料 189

10.4.1 氢气燃料的制备 190

10.4.2 氢气燃料的净化 192

10.4.3 氢气燃料的储存 193

10.4.4 其他燃料 194

10.5 碱性燃料电池 195

10.5.1 简介 195

10.5.2 碱性燃料电池的工作原理 195

10.5.3 碱性燃料电池组件及其材料 196

10.5.4 碱性燃料电池的排水 197

10.5.5 碱性燃料电池的性能及其影响因素 197

10.6 磷酸燃料电池 199

10.6.1 简介 199

10.6.2 磷酸燃料电池的工作原理 199

10.6.3 磷酸燃料电池的组成和材料 199

10.6.4 磷酸燃料电池的排水和排热 202

10.6.5 磷酸燃料电池性能 203

10.7 熔融碳酸盐燃料电池 206

10.7.1 简介 206

10.7.2 熔融碳酸盐燃料电池的工作原理 207

10.7.3 电解质和隔膜 207

10.7.4 电极 209

10.7.5 双极板 210

10.7.6 熔融碳酸盐燃料电池性能 210

10.8 固体氧化物燃料电池 211

10.8.1 简介 211

10.8.2 固体氧化物燃料电池的工作原理 212

10.8.3 电解质 213

10.8.4 电极 213

10.8.5 双极板 214

10.8.6 电池结构类型 214

10.8.7 燃料电池性能 216

10.9 质子交换膜燃料电池 216

10.9.1 简介 216

10.9.2 质子交换膜燃料电池的工作原理 216

10.9.3 质子交换膜 217

10.9.4 催化剂和电极 218

10.9.5 双极板和流场 219

10.9.6 水管理 220

10.9.7 质子交换膜燃料电池的性能 221

10.10 直接醇类燃料电池 221

10.10.1 简介 221

10.10.2 直接甲醇燃料电池的工作原理 221

10.10.3 甲醇氧化和电催化剂 222

10.10.4 质子交换膜 223

10.10.5 直接甲醇燃料电池的性能 223

10.11 金属空气燃料电池 224

10.11.1 简介 224

10.11.2 锌-空气电池工作原理 224

10.11.3 阴极 225

10.11.4 阳极 225

10.11.5 锌空气电池的性能 226

第11章 电化学电容器 228

11.1 概述 228

11.2 电化学电容器与电池的比较 228

11.2.1 能量的存储形式 228

11.2.2 电容器和电池的电能存储模式比较 228

11.2.3 电化学电容器和电池运行机理的比较 229

11.2.4 电化学电容器与电池能量密度的差别 229

11.2.5 电化学电容器和电池充放电曲线的比较 230

11.2.6 电化学电容器和电池循环伏安性能的比较 230

11.3 双电层电容及碳材料 232

11.3.1 双电层模型及其结构 232

11.3.2 双层电容和理想极化电极 234

11.3.3 非水电解质中双层的行为和非水电解质电容器 234

11.3.4 用于电化学电容器的碳材料 235

11.3.5 关于碳材料的双层电容 236

11.3.6 影响碳材料电容性能的因素 237

11.4 法拉第准电容及氧化钌材料 239

11.4.1 准电容（CФ）和双层电容（Cdl）的区分方法 239

11.4.2 用于电化学电容器的氧化钌（RuO2）材料 240

11.4.3 氧化钌的制备、充放电机理及电化学行为 240

11.4.4 其他氧化物膜表现的氧化还原准电容行为 242

11.5 导电聚合物膜的电容行为 243

11.5.1 概述 243

11.5.2 导电聚合物与准电容有关的行为及循环伏安曲线的形式 245

11.5.3 以导电聚合物为活性材料的电容器系统的分类 246

11.6 影响电容器性能的电解质因素 248

11.6.1 水性电解质 248

11.6.2 非水电解质 248

11.7 制备技术及评价方法 249

11.7.1 用于碳基电容器电极的制备 250

11.7.2 基于RuOx的电容器电极的制备 251

11.7.3 电容器的装配 251

11.7.4 电化学电容器的实验性评价 252

第12章 电极材料与电池性能测试 254

12.1 电极材料的电化学测试体系 254

12.1.1 三电极体系 254

12.1.2 复合粉末电极技术 254

12.1.3 粉末微电极技术 255

12.2 电势阶跃法 256

12.2.1 小幅度电势阶跃法 256

12.2.2 极限扩散控制下的电势阶跃法 257

12.3.3 电势阶跃法测定电极中反应物质的固相扩散系数 259

12.3 循环伏安法 260

12.3.1 可逆电极体系的循环伏安曲线 260

12.3.2 不可逆电极体系的循环伏安曲线 260

12.3.3 电池中循环伏安法的应用 261

12.3.4 循环伏安法测定电极中反应物质的固相扩散系数 261

12.4 电化学阻抗谱技术 262

12.4.1 电化学极化和浓差极化同时存在时的电化学阻抗谱 262

12.4.2 电化学阻抗谱的解析 263

12.4.3 电池中电化学阻抗谱的应用 264

12.5 电池性能测试方法 266

12.5.1 充放电性能与容量测试 266

12.5.2 循环性能测试 268

12.5.3 自放电与储存性能测试 269

12.5.4 内阻测试 269

12.5.5 内压测试 270

12.5.6 温度特性测试 270

12.5.7 安全性能测试 271

参考文献 272