国防科技著作精品译丛 下一代商业、军事、空间应用电池和燃烧电池PDF电子书下载

第1章 充电电池和燃料电池的研究现状 1

1.1 充电电池 1

1.2 充电电池基础 2

1.2.1 充电电池的关键性能特征 4

1.2.2 商业应用中广泛使用的充电电池的性能 5

1.2.3 电池的回收利用 5

1.2.4 充电电池的三个主要特征 8

1.2.5 在特定的应用中使用充电电池的成本效益 8

1.3 不考虑功率能力的充电电池 12

1.3.1 低中等功率应用的充电电池 13

1.4 充电电池的商业和军事应用 14

1.4.1 高功率电池的商业应用 14

1.4.2 镍镉充电电池在军用飞机上的关键作用 15

1.4.3 用于军用飞机的镍金属氢化物充电电池的优点 16

1.4.4 用于航空航天和国防的热电池 19

1.4.5 商业应用的充电电池 20

1.4.6 电动和混合动力电动汽车对充电电池的要求 23

1.5 低功率电池的应用 29

1.5.1 使用薄膜和纳米技术的电池 29

1.5.2 TF微型电池 30

1.5.3 低功率电池的充放电循环次数和充电时间 31

1.5.4 低功率电池的结构配置 32

1.5.5 用于低功率电池的最流行的材料 32

1.5.6 采用纳米技术的低功率电池 34

1.5.7 使用纳米技术的纸电池 34

1.6 燃料电池 34

1.6.1 最热门的燃料电池类型和它们的配置说明 35

1.6.2 燃料电池的类型 35

1.7 结论 36

参考文献 36

第2章 航空航天和通信卫星所用的电池 38

2.1 简介 38

2.2 机载电力系统 40

2.2.1 电源总线设计配置 40

2.2.2 太阳能阵列板 40

2.3 电池的电源要求和相关的关键组件 41

2.3.1 太阳能电池阵列的性能要求 43

2.3.2 太阳能电池阵列在黑暗期的电力需求 43

2.3.3 从太阳达到最佳功率的太阳能电池阵列定向的要求 44

2.3.4 最适合航天器或通信卫星的太阳能电池阵列配置 44

2.3.5 直接能量传递系统 44

2.4 航天器电池型电源系统的成本效益设计标准 46

2.4.1 航天器电力系统最佳选择的比较方法 46

2.5 航天器电源系统的可靠性 51

2.5.1 各种系统组件的故障率 52

2.5.2 故障率估计 52

2.5.3 使用CC和PWM稳压器技术的航天器电源系统的可靠性改进 53

2.5.4 使用DET系统、CC和电池增压器技术的航天器电源系统的可靠性改进 55

2.5.5 与冗余系统相关的重量和成本代价 56

2.6 航空航天和通信卫星的理想电池 59

2.6.1 天基电池典型的功率需求 59

2.6.2 天基电池的关键老化效应 61

2.7 最新的商用和军用卫星系统的性能和电池电源的需求 62

2.7.1 商业通信卫星系统 62

2.8 通信、监视、侦察、目标跟踪用军事卫星 64

2.8.1 军事通信卫星及其功能 65

2.8.2 军事卫星通信系统 66

2.8.3 欧洲通信卫星系统 67

2.9 最适合给通信卫星供电的电池 67

2.9.1 通信卫星最理想的充电电池 68

2.10 结论 70

参考文献 71

第3章 燃料电池技术 72

3.1 简介 72

3.1.1 燃料电池的分类 73

3.1.2 根据电解质的燃料电池分类 75

3.2 基于电解质的燃料电池的性能 75

3.3 使用不同电解质的低温燃料电池 77

3.3.1 使用水溶液电解质的低温和低压燃料电池的性能 78

3.3.2 水燃料电池的输出功率性能 79

3.4 使用组合燃料的燃料电池 80

3.4.1 液—气燃料电池设计 80

3.4.2 液—液燃料电池的设计性能 80

3.5 多种应用的燃料电池设计 81

3.5.1 燃料电池在蓄电池中的应用 81

3.5.2 使用氢基双骨架催化剂（DSK）电极、工作在恶劣的条件下的双骨架催化剂燃料电池 81

3.6 离子交换膜燃料电池 84

3.6.1 空间应用的IEM燃料单电池和电池组的性能规格 84

3.6.2 使用低成本、多孔硅衬底材料的燃料电池 85

3.7 燃料电池潜在的应用 94

3.7.1 燃料电池的军事和航天应用 95

3.7.2 为什么燃料电池要用于反暴乱 96

3.7.3 无人机的低成本燃料 98

3.8 飞机应用的燃料电池 100

3.8.1 全电动飞机或车辆的性能和局限 100

3.8.2 用于电动汽车和混合动力电动汽车的燃料电池 101

3.9 燃料电池的商业、军事和空间应用 101

3.9.1 汽车、公交车和摩托车应用的燃料电池 102

3.9.2 理想的家用燃料电池 108

3.10能在超高温环境下工作的燃料电池 111

3.10.1 在超高温燃料电池中使用的材料类型 111

3.10.2 工作在较高温度（600～1000℃）的燃料电池最理想的固体电解质 111

3.10.3 电极动力学和它们对高功率燃料电池性能的影响 113

3.10.4 化学吸附—解吸率极化 114

3.11发电站应用的燃料电池的要求 114

3.12结论 115

参考文献 116

第4章 电动和混合动力汽车电池 118

4.1 简介 118

4.2 早期电动汽车的年代发展史及其性能参数 120

4.3 各种公司较早研发的电动和混合动力电动汽车及其性能规格 121

4.3.1 ZAP TRUCK 121

4.3.2 ZAP ALIAS 121

4.3.3 Aptera汽车 121

4.3.4 特斯拉汽车公司 122

4.3.5 贝克汽车 123

4.4 最新的电动和混合动力电动汽车的发展史及其性能和局限性 123

4.4.1 通用汽车雪佛兰Volt 124

4.4.2 福特 125

4.4.3 日产 128

4.5 不同充电电池的性能要求 129

4.5.1 电池组能量要求 130

4.5.2 电池材料及相关成本 131

4.6 充电电池的材料 135

4.6.1 锂离子电池的三个功能组件的材料要求 135

4.6.2 锂离子电池的主要性能特点 136

4.6.3 镍金属氢充电电池的特性 137

4.6.4 电动汽车和混合动力电动汽车所用的锌空气充电燃料电池 137

4.6.5 各种充电电池的能量密度水平 138

4.6.6 结合智能电网技术的设计理念 144

4.6.7 最适合充电电池的材料及其性能 147

4.6.8 组件成本对电池组的采购成本的影响 149

4.7 稀土材料对电动汽车和混合动力电动汽车发展的关键作用 151

4.7.1 电动汽车和混合动力电动汽车使用的各种稀土材料的确定 152

4.7.2 未来稀土材料对电动汽车和混合动力电动汽车性能的影响 153

4.7.3 稀土材料提炼、加工和质量控制检验相关成本 154

4.8 结论 155

参考文献 157

第5章 低功率充电电池在商业、空间和医学上的应用 158

5.1 引言 158

5.2 低功率电池结构 160

5.2.1 圆柱形低功率电池 160

5.2.2 碳锌低功率原电池及其特点 161

5.2.3 碱锰电池的性能和局限性 162

5.2.4 锂原电池的发展史及其性能参数 162

5.2.5 镍金属氢化物、镍镉电池和锂离子充电电池 164

5.3 电池在小型化电子系统中的应用 168

5.3.1 最适合嵌入式系统应用的充电电池简述 170

5.3.2 用于航空航天方面的电池的适用性和独特性能要求 172

5.3.3 锂电池、碱性电池和锌空气电池的潜在应用 173

5.4 医学应用的电池 175

5.4.1 用于特定医疗应用中的最新开发的电池 177

5.4.2 含锂金属的微型电池和智能纳米电池技术在医学和军事上的应用 179

5.4.3 低功率锌空气、镍金属氢和镍镉充电电池 181

5.5 为特殊应用选择一次和二次（充电）电池的标准 189

5.6 结论 191

参考文献 193

第6章 用于军事用途的充电电池 194

6.1 简介 194

6.2 各种军事系统应用的有潜力的电池类型 196

6.2.1 铝空气充电电池的军事应用 197

6.3 低功率电池的各种应用 211

6.3.1 使用MEMS技术的薄膜微型电池 211

6.3.2 使用纳米技术概念的微型电池 212

6.3.3 薄膜微型电池的关键设计方面和性能要求 212

6.4 用于军事用途的高功率锂热电池 214

6.4.1 最适合高功率电池的阴极、阳极和电解质的材料要求 214

6.4.2 针对特定应用的热电池的设计要求 216

6.4.3 热电池系统的环境要求 218

6.4.4 电池的结构说明和它们的物理参数 218

6.4.5 通过实验室测试获得的性能参数的实际值 219

6.4.6 热电池系统的结论 220

6.5 水下航行器的高功率充电电池 221

6.5.1 Li-SO2C12电池系统的性能和设计 221

6.5.2 电化学改善所需的电解质的特性 222

6.5.3 流动电解质的热特性的影响 222

6.5.4 使用流动电解质的沃尔特堆栈电池输出功率随放电时间的变化 223

6.5.5 温度和放电深度对热电池中使用的电解质的热导率和比热容的影响 224

6.5.6 放电时间对电池输出功率的影响 225

6.5.7 电解液的电导率和电解液的优化 226

6.6 能够在商业电厂关机相当长的时间内提供电能的高功率电池系统 227

6.6.1 什么是钒基氧化还原液流电池 227

6.6.2 钒基氧化还原电池的潜在应用 228

6.6.3 钒基氧化还原电池的结构细节和工作原理 228

6.7 最适合无人驾驶飞机和无人驾驶航空器的电池 229

6.7.1 电子无人驾驶飞机的电池电力要求 229

6.7.2 无人机的电池要求 230

6.7.3 反简易爆炸装置的电池 231

6.8 结论 234

参考文献 235

第7章 航空航天和卫星系统应用的电池和燃料电池 237

7.1 引言 237

7.2 用于商业和军事领域的密封铅酸蓄电池 239

7.2.1 铅酸电池充电、放电和储存条件的优化 240

7.2.2 铅酸蓄电池的优点、缺点和主要应用 241

7.2.3 用于飞行器的密封铅酸电池的生命周期 241

7.2.4 放电深度对铅酸电池生命周期的影响 241

7.3 用于航空航天应用的铝空气电池 244

7.3.1 铝空气电池的性能和局限 244

7.3.2 随着阳极电流密度的变化，腐蚀对铝空气电池性能的影响 245

7.3.3 铝空气充电电池系统的突出特点和潜在应用 245

7.4 最适合航空航天和飞机应用的长寿命、低成本银锌充电电池 247

7.4.1 适合用于飞机和航空航天的排气式二次电池 247

7.4.2 银锌电池的典型自放电特性 247

7.4.3 银锌电池的安全性、可靠性和处置要求 248

7.4.4 典型的电池电压水平和循环寿命 248

7.5 商用和军用飞机应用的密封铅酸电池 250

7.5.1 密封铅酸电池的性能 250

7.5.2 密封铅酸电池的测试程序和条件 251

7.5.3 充电率和放电深度对密封铅酸电池的循环寿命的影响 252

7.5.4 生命周期的测试条件 253

7.6 用于飞机应急电源和低地球轨道航天器的热电池 253

7.7 用于海军武器系统中的充电电池 255

7.8 热电池设计结构和运载火箭应用的要求 256

7.8.1 先进热电池的设计和性能 256

7.8.2 热电池的独特性能 256

7.9 高温锂充电电池 257

7.10 锂充电电池的固体电解质技术 258

7.10.1 固体电解质的关键作用 258

7.10.2 锂充电电池性能参数的改善 258

7.10.3 液体增塑剂溶液中高氯酸锂盐浓度对室温离子电导率的影响 259

7.11 电子无人机和各种无人机中使用的充电电池 260

7.11.1 适合电子无人机应用的电池的性能要求 260

7.11.2 用于无人机、无人战斗机和微型飞行器（MAV）的充电电池的要求 261

7.11.3 用于滑翔机的充电电池 262

7.12 用于空间军事系统和卫星通信的充电电池 263

7.13 执行特殊任务的卫星使用的高功率燃料电池 266

7.14 基于电解质的燃料电池分类 269

7.14.1 使用多种燃料的燃料电池的性能参数及其典型应用 269

7.14.2 燃料电池参数的比较 270

7.15 航天器应用的电池源 271

7.15.1 第一原理模型在航天器工作老化中的应用 271

7.15.2 40 A·h的硫化钠电池的典型性能特点 272

7.16结论 272

参考文献 274

第8章 低功率电池及其应用 276

8.1 简介 276

8.2 低功率应用的锂离子电池的性能 277

8.2.1 锂充电电池的固体电解质的优点 278

8.2.2 电池材料的总电导率 279

8.3 低功率电子设备的电池 281

8.3.1 材料和包装技术对电池性能的影响 281

8.3.2 用来定义电池的性能参数的术语表 282

8.3.3 低功率电子设备应用的电池的制造 283

8.3.4 低功率应用的各种一级和二级电池的性能和局限 284

8.4 锂原电池的性能 285

8.4.1 锂碘电池 285

8.4.2 LiMnO2电池 286

8.4.3 锂碳氟化物电池 286

8.4.4 锂硫二氧化物电池 287

8.4.5 锂亚硫酰氯电池 288

8.4.6 锂硫化亚铁（Li-FeS2）电池 289

8.4.7 关于锂电池的结论 289

8.5 小型充电电池或二次电池的应用 290

8.5.1 密封铅酸电池 290

8.5.2 小型锂离子充电电池 291

8.5.3 S-Ni-Cd充电电池 291

8.5.4 镍金属氢化物充电电池 292

8.5.5 锂聚合物电解质电池 293

8.6 薄膜电池、微型电池和纳米电池 295

8.6.1 薄膜电池的结构和性能 295

8.6.2 锂基微型电池的金属氧化物薄膜电极 297

8.6.3 微型电池的性能与应用 299

8.6.4 纳米电池的电气性能参数 302

8.7 电池在健康方面的应用 303

8.7.1 心律检测应用的电池要求 303

8.7.2 用于治疗心脏疾病的各种电池 305

8.8 全人工心脏的电池 309

8.8.1 用于各种医疗应用的锂离子电池的主要优点 310

8.8.2 锂离子电池的局限性 310

8.8.3 锂离子充电电池组的电池平衡要求 311

8.8.4 主动平衡技术 314

8.9 结论 315

参考文献 316