第1章 绪论 1
1.1 化石能源的问题 1
1.2 21世纪的能源发展趋势 2
1.2.1 可再生能源的开发将越来越受到重视 2
1.2.2 煤炭将作为过渡能源而受到重视 3
1.2.3 节能技术将备受重视 3
1.2.4 甲烷水合新化石能源的开发将得到强化 3
1.3 各种可再生能源的优缺点 3
1.3.1 太阳能 3
1.3.2 风能 4
1.3.3 生物质能 5
1.3.4 氢能 6
1.4 新能源与电化学的关系 7
参考文献 9
第2章 一次电池 10
2.1 引言 10
2.2 锌锰电池 11
2.2.1 锌锰电池概述 11
2.2.2 锌锰电池的工作原理 11
2.2.3 锌锰电池的发展概况 13
2.3 锌氧化银电池 19
2.3.1 概述 19
2.3.2 锌银电池的工作原理 19
2.3.3 锌银电池的研发概况 20
2.4 锂电池 21
2.4.1 概述 21
2.4.2 不同锂电池的工作原理和优缺点 22
参考文献 25
第3章 二次电池 28
3.1 引言 28
3.1.1 二次电池分类 28
3.1.2 二次电池对材料的基本要求 29
3.1.3 有效放电容量 29
3.2 可充碱锰电池 30
3.2.1 概述 30
3.2.2 金属锰电化学 30
3.2.3 锰氧化物物化性质 31
3.2.4 MnO2电化学 32
3.2.5 质子动力学 33
3.2.6 循环性能 33
3.2.7 “惰性”——一个只具有相对意义的概念 34
3.2.8 展望 35
3.3 铅酸电池 35
3.3.1 概述 35
3.3.2 充放电反应 36
3.3.3 电解液 37
3.3.4 电位-pH图 37
3.3.5 Pb及其化合物 37
3.3.6 正极充放电反应 38
3.3.7 负极充放电反应 39
3.3.8 “Coup de Fouet”现象 40
3.3.9 自放电反应 41
3.3.10 性能衰减机理 42
3.3.11 应用举例 44
3.3.12 研究进展 44
3.3.13 隔膜 48
3.3.14 早期容量损失 49
3.3.15 发展方向 49
3.4 H2-Ni电池 53
3.4.1 概述 53
3.4.2 镍及其氧化物、氢氧化物 54
3.4.3 电化学 54
3.4.4 充放电机理 55
3.4.5 氢电极简述 57
3.4.6 应用举例 57
3.4.7 研究现状 58
3.4.8 前景与展望 60
3.5 碱性电池 61
3.5.1 锌镍、铁镍、镉镍、超铁和锌银电池 61
3.5.2 MH-Ni电池 65
3.6 锂离子电池 73
3.6.1 概述 73
3.6.2 碳基负极材料 74
3.6.3 金属锂负极 77
3.6.4 合金与金属间化合物 78
3.6.5 氮化物 79
3.6.6 尖晶石LiMn2O4 80
3.6.7 层状过渡金属氧化物 81
3.6.8 橄榄石结构磷酸盐 84
3.6.9 Li-V-P-O、VOx系列嵌锂材料简述 89
3.6.10 Li-Ti-O）嵌锂电极材料 90
3.6.11 电解液 91
3.6.12 总结 100
参考文献 104
第4章 燃料电池 108
4.1 引言 108
4.1.1 燃料电池的定义 108
4.1.2 燃料电池的历史回顾 108
4.1.3 燃料电池基础 111
4.2 质子交换膜燃料电池 113
4.2.1 质子交换膜燃料电池的发展简史 113
4.2.2 质子交换膜燃料电池的工作原理 114
4.2.3 质子交换膜燃料电池的特点 115
4.2.4 膜电极组件 115
4.2.5 质子交换膜燃料电池商业化的问题 123
4.3 直接甲醇燃料电池 124
4.3.1 直接甲醇燃料电池的研发概况 125
4.3.2 工作原理 126
4.3.3 基本结构 126
4.3.4 直接甲醇燃料电池的优点 127
4.3.5 直接甲醇燃料电池性能的改进 128
4.3.6 质子交换膜 130
4.4 直接甲酸燃料电池 131
4.4.1 研究甲醇替代燃料的原因 131
4.4.2 直接甲酸燃料电池的优缺点 132
4.5 直接乙醇燃料电池 133
4.5.1 直接乙醇燃料电池发展概况 133
4.5.2 直接乙醇燃料电池优缺点 134
4.5.3 直接乙醇燃料电池的工作原理 134
4.6 直接碳燃料电池 134
4.6.1 直接碳燃料电池的发展概况 134
4.6.2 直接碳燃料电池的工作原理与电池结构 135
4.6.3 直接碳燃料电池的特点 136
4.6.4 杂化型直接碳燃料电池 137
4.6.5 直接碳燃料电池的问题与展望 138
4.7 碱性燃料电池 140
4.7.1 碱性燃料电池的发展概况 140
4.7.2 碱性燃料电池的优缺点 140
4.7.3 碱性燃料电池的工作原理 141
4.7.4 碱性燃料电池的基本结构 141
4.8 磷酸燃料电池 145
4.8.1 磷酸燃料电池发展概况 145
4.8.2 磷酸燃料电池的工作原理和工作条件 146
4.8.3 磷酸燃料电池的优缺点 147
4.8.4 磷酸燃料电池的基本结构 147
4.8.5 影响磷酸燃料电池性能的因素 150
4.8.6 影响寿命的因素及改进方法 151
4.8.7 磷酸燃料电池商业化的展望 152
4.9 熔融碳酸盐燃料电池 153
4.9.1 熔融碳酸盐燃料电池发展概况 153
4.9.2 熔融碳酸盐燃料电池的工作原理 154
4.9.3 熔融碳酸盐燃料电池电极材料 155
4.9.4 熔融碳酸盐燃料电池隔膜材料 156
4.9.5 熔融碳酸盐燃料电池的电解质 157
4.9.6 熔融碳酸盐燃料电池的结构 158
4.9.7 操作条件对熔融碳酸盐燃料电池性能的影响 158
4.9.8 熔融碳酸盐燃料电池的优点 160
4.9.9 熔融碳酸盐燃料电池的缺点 160
4.9.10 熔融碳酸盐燃料电池商业化的问题 160
4.10 固体氧化物燃料电池 161
4.10.1 固体氧化物燃料电池的发展概况 161
4.10.2 固体氧化物燃料电池的工作原理 163
4.10.3 固体氧化物燃料电池的电解质材料 164
4.10.4 质子传导电解质 169
4.10.5 氧气在阴极的还原机理 174
4.10.6 连接材料和密封材料 174
4.10.7 固体氧化物燃料电池的结构与组成 177
4.11 生物燃料电池 179
4.11.1 生物燃料电池的发展概况 180
4.11.2 生物燃料电池的工作原理、特点和分类 180
4.11.3 微生物燃料电池 182
参考文献 190
第5章 金属-空气电池 192
5.1 金属-空气电池的工作原理 192
5.2 金属-空气电池的特点 193
5.3 金属-空气电池的分类 194
5.3.1 按阴极氧化剂分类 194
5.3.2 按阳极所用金属材料分类 194
5.3.3 按工作方式分类 194
5.3.4 按电解质溶液分类 194
5.4 金属-空气电池的应用 195
5.4.1 电动运输工具的牵引电源 195
5.4.2 备用和应急电源 195
5.4.3 便携式仪器设备电源 195
5.4.4 水下电源 195
5.5 金属-空气电池阳极材料 196
5.5.1 锌阳极 196
5.5.2 铝阳极 199
5.5.3 镁阳极 201
5.6 金属-空气电池结构与性能 203
5.6.1 金属-空气电池的优点 203
5.6.2 碱性空气阴极的工作原理 203
5.6.3 机械充电式锌-空气电池 204
5.6.4 连续供料式锌-空气电池 204
5.6.5 金属-过氧化氢空气电池 206
参考文献 210
索引 211