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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