化学电源 原理、技术与应用PDF电子书下载

第1章　化学电源概论 1

1.1　化学电源的组成和表示方法 1

1.1.1　构成电池的必要条件 1

1.1.2　化学电源的组成 3

1.1.3　表示方法与命名 13

1.2　化学电源的分类 14

1.2.1　按电池系列分类 14

1.2.2　按电池的工作性质及使用特征分类 14

1.3　化学电源的工作原理 17

1.4　电池的电动势和电极电势 18

1.4.1 电池的电动势 18

1.4.2 电极电势 20

1.5　实际电极过程 22

1.5.1　电化学可逆过程 22

1.5.2 电极的极化与超电势 23

1.5.3　极化作用的分类 24

1.5.4　交换电流密度 26

1.5.6　金属的自溶 28

1.5.5　金属的钝化 28

1.6　化学电源中的多孔电极 30

1.6.1　多孔电极的特点 30

1.6.2　多孔电极行为 32

1.6.3　多孔电极的分类 32

1.7　化学电源的性能 33

1.7.1 电压 33

1.7.2 电池的内阻 34

1.7.3　电池的容量和比容量 35

1.7.4　电池的能量和比能量 39

1.7.5　电池的功率与比功率 43

1.7.6　电池的贮存性能和循环寿命 43

1.7.7　化学电源一般特性的表征方法 45

1.8　化学电源的发展与展望 46

1.8.1　化学电源的发展简史 46

1.8.2　电池的发展规律 49

1.8.3　21世纪化学电源展望 50

参考文献 53

第2章　锌锰电池 54

2.1　锌锰电池的种类及命名方法 54

2.1.1　锌锰电池的种类 54

2.1.2　锌锰电池的型号及命名方法 54

2.2　糊式锌锰电池 55

2.2.1　糊式锌锰电池的结构 55

2.2.2　锌锰干电池的工作原理 56

2.2.3　锌锰电池的主要电性能 62

2.2.4　影响锌锰电池性能的主要因素 66

2.2.5　锌锰干电池的主要原材料 73

2.2.6　传统糊式锌锰电池的生产工艺 75

2.2.7　特点与用途 78

2.3　纸板锌锰电池 78

2.3.1　铵型纸板锌锰电池 79

2.3.2　锌型纸板电池 81

2.3.3　积层式锌锰电池 83

2.4.1　一次碱性锌锰电池 85

2.4　碱性锌锰电池 85

2.4.2　可充碱性锌锰电池 91

2.5　锌锰电池的现状与展望 93

2.5.1　锌锰电池的现状 93

2.5.2　展望 94

参考文献 96

3.2.1　电化学原理 99

3.2　锌银电池的电化学原理及类型 99

3.1　概述 99

第3章　锌银电池 99

3.2.2　类型 101

3.3　锌电极 104

3.3.1　锌的阳极钝化 104

3.3.2　锌的阴极还原过程 106

3.4　氧化银电极 107

3.4.1　充放电特性 107

3.4.2　氧化银电极的自放电 109

3.5.1　锌电极的制造 110

3.5　锌银电池的生产工艺 110

3.5.2　银电极的制造 112

3.5.3　隔膜的处理 114

3.5.4　电解液浓度与用量的选择 116

3.5.5　电池的装配 117

3.6　锌银电池的性能 118

3.6.1　充放电性能 118

3.6.2　锌银电池的寿命 120

3.7　锌银电池的特点与用途 122

参考文献 124

第4章　铅酸蓄电池 126

4.1　概述 126

4.2　铅酸蓄电池的型号与分类 127

4.2.1　产品型号的含义 127

4.2.2　铅酸蓄电池的分类 128

4.3　铅酸蓄电池的基本结构 129

4.3.1　正、负极板 130

4.3.2　电解液 130

4.4　工作原理 131

4.3.3　隔板和电池槽 131

4.5 电池的电动势及温度系数 132

4.5.1 电池电动势的计算 132

4.5.2 电池电动势的温度系数 135

4.6　铅-硫酸水溶液的电势-pH图 135

4.6.1 电势-pH图及相关的反应 136

4.6.2 电势-pH图的应用 138

4.7　板栅 139

4.7.1　板栅的作用 139

4.7.2　对板栅材料的要求 140

4.7.3　铅合金材料 141

4.7.4　复合材料 146

4.7.5　其他板栅材料 146

4.7.6　板栅的构型 147

4.8　铅酸蓄电池的正极 148

4.8.1　正极活性物质二氧化铅的晶型结构及其性能 148

4.8.3 极充放电机理 150

4.8.2　两种晶型的形成条件和转变 150

4.8.5　正极活性物质添加剂 152

4.8.4　正极活性物质的性能变化 152

4.8.6　正极板栅的腐蚀 154

4.9　铅酸蓄电池的负极 156

4.9.1　溶解沉淀机理 156

4.9.2　铅电极的钝化 156

4.9.3　铅负极的自放电 157

4.9.4　负极添加剂 157

4.10.1　隔板 160

4.10　隔板和电池槽 160

4.10.2　电池槽及其密封技术 162

4.10.3　铅酸蓄电池的其他零部件 162

4.11　铅酸蓄电池的生产工艺 163

4.11.1　板栅铸造 163

4.11.2　生极板的制造 165

4.11.3　极板的化成 167

4.12.1 电池的内阻 170

4.11.4　铅酸蓄电池的组装 170

4.12　铅酸蓄电池的性能 170

4.12.2　充放电特性 171

4.12.3　电池的容量 173

4.12.4　荷电保持能力 174

4.12.5　铅酸蓄电池的耐久能力 175

4.12.6　铅酸蓄电池的失效模式 175

4.13　铅酸蓄电池的使用和维护 176

4.14　免维护铅酸蓄电池 178

4.14.1　概述 178

4.14.2 工作原理 179

4.14.3　阀控式密封电池的两类技术 180

4.14.4　VRLA电池的新颖结构 182

4.15　铅酸蓄电池的发展方向 184

参考文献 185

5.1.2　分类与命名 187

5.1.1　概述 187

第5章　碱性蓄电池 187

5.1　镉镍电池 187

5.1.3 工作原理 190

5.1.4　镉镍袋式碱性蓄电池 194

5.1.5　开口镉镍烧结式碱性蓄电池 195

5.1.6　镉镍密封碱性蓄电池 200

5.2　氢镍及金属氢化物镍蓄电池 205

5.2.1　氢镍蓄电池 205

5.2.2　金属氢化物镍蓄电池 211

5.3　其他碱性蓄电池 238

5.3.1　铁镍蓄电池 238

5.3.2　锌镍蓄电池 239

参考文献 245

第6章　金属空气电池 247

6.1　锌空气电池 247

6.1.1　概述 247

6.1.2　锌空气电池的分类 248

6.1.3　电池的型号及命名 249

6.1.4　电化学原理 250

6.1.5　锌空气电池的结构 251

6.1.6　空气电极 252

6.1.7　锌电极 256

6.1.8　电池生产工艺 256

6.1.9　主要性能及其影响因素 260

6.1.10　特点与用途 262

6.1.11　几种典型的锌空气电池 264

6.1.12　锌空气电池的研究进展与前景 268

6.2　其他金属空气电池 278

6.2.1　MH空气二次电池 278

6.2.2　镁空气电池 279

6.2.3　铝空气电池 280

6.2.4　镉空气电池 283

6.2.5　铁空气电池 283

参考文献 285

7.1　概述 288

第7章　锂电池 288

7.2　锂电池的分类 290

7.2.1　锂一次电池 292

7.2.2　锂离子二次电池 297

7.3　锂离子电池正极材料 298

7.3.1　锂钴氧化物 301

7.3.2　锂镍氧化物 305

7.3.3　锂锰氧化物 308

7.3.4　Li-V-O系化合物 313

7.3.5　5V正极材料及多阴离子正极材料 315

7.3.6　其他正极材料 318

7.4　锂离子电池负极材料 319

7.4.1　金属锂负极材料 320

7.4.2　炭负极材料 321

7.4.3　合金类负极材料 336

7.4.4　氮化物负极材料 339

7.4.5　氧化物负极材料 340

7.4.6　过渡金属磷族化合物负极材料 343

7.5 电解质 345

7.5.1　概述 345

7.5.2　液体电解质 346

7.5.3　固体电解质及熔盐电解质 351

7.6　聚合物锂离子电池 354

7.6.1　聚合物锂离子电池的分类 355

7.6.2　聚合物锂离子电池的性能 355

7.6.3　聚合物锂离子电池的发展 356

7.6.4　聚合物电解质 359

7.6.5　聚合物正极材料 373

7.6.6　新型聚合物锂离子电池 382

7.7　隔膜及黏结剂 384

7.7.1　隔膜的性能 384

7.7.2　隔膜的性能表征 385

7.7.3　隔膜的制备方法 387

7.7.4　黏结剂 388

7.8.1　锂离子电池的结构 389

7.8　锂离子电池的制造 389

7.8.2　液体锂离子电池的生产 391

7.8.3　聚合物锂离子电池的生产 392

7.8.4　锂离子电池的化成和分选 393

7.9　锂离子电池的使用和维护 394

参考文献 395

第8章　燃料电池 401

8.1　燃料电池与原电池、蓄电池的区别 402

8.2　燃料电池的特点 404

8.3　燃料电池的分类 405

8.4　燃料电池的发展简史 406

8.5　碱性燃料电池 408

8.5.1　原理 408

8.5.2　结构 409

8.5.3　应用 412

8.6　磷酸燃料电池 415

8.6.1　概述 415

8.6.2　PAFC的结构材料 416

8.6.3　应用 418

8.7　熔融碳酸盐燃料电池 419

8.7.1　概述 419

8.7.2　MCFC的结构 420

8.7.3　应用 424

8.8　固体氧化物燃料电池 425

8.8.1　概述 425

8.8.2　SOFC的结构 426

8.8.3　应用 430

8.9　质子交换膜燃料电池 431

8.9.1　概述 431

8.9.2　PEMFC部件 433

8.9.3　应用 439

8.10　直接甲醇燃料电池 446

8.10.1　工作原理 446

8.10.2　结构 448

8.10.3　应用 450

8.11　其他燃料电池 453

8.11.1　再生型燃料电池 453

8.11.2　微生物燃料电池 454

参考文献 456

第9章　其他电池 459

9.1 镁电池 459

9.1.1　概述 459

9.1.2　镁二次电池材料 461

9.1.3　镁二次电池的开发 470

9.1.4　展望 471

9.2　其他新颖二次电池 472

9.2.1　纳米碳纤素电池 472

9.2.2　质子电池 473

9.3　热电池 473

9.3.1　概述 473

9.3.2　特点及分类 474

9.3.3　组成与结构 475

9.3.4 工作原理 476

9.3.5　不同熔融盐电化学体系 476

9.3.6　热电池的使用和维护 480

9.4　钠硫电池 481

9.4.1　概述 481

9.4.2　工作原理 482

9.4.3　导电陶瓷隔膜 483

9.4.4　发展趋势 484

9.5　ZEBRA电池（Na-NiCl2电池） 485

9.6　固体电解质电池 487

9.6.1　概述 487

9.6.2　离子导电机理 488

9.6.3　常温型固体电解质电池 489

9.7　贮备电池 491

9.7.1　概述 491

9.7.2　典型贮备电池 492

参考文献 494