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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 电极电势对反应速率的影响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、短路电流和负菏电压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

4.8 铅炭电池90

4.8.1 铅炭电池的结构原理91

4.8.2 铅炭负极及碳材料93

4.8.3 铅炭电池正极活性物质94

4.8.4 铅炭电池的性能特点与应用领域94

第5章 镉镍电池96

5.1 概述96

5.2 镉镍电池的工作原理96

5.2.1 成流反应96

5.2.2 电极电势与电动势97

5.3 氧化镍电极97

5.3.1 氧化镍电极的反应机理97

5.3.2 氧化镍电极的添加剂99

5.3.3 氧化镍电极材料100

5.4 镉电极101

5.4.1 反应机理101

5.4.2 镉电极的钝化与聚结102

5.4.3 镉电极的充电效率与自放电102

5.4.4 镉电极材料102

5.5 密封镉镍电池103

5.5.1 密封原理103

5.5.2 密封措施103

5.6 镉镍电池的电性能105

5.6.1 充放电曲线105

5.6.2 记忆效应106

5.6.3 循环寿命106

5.6.4 自放电107

5.7 镉镍电池的制造工艺107

5.7.1 有极板盒式电极的制造107

5.7.2 烧结式电极的制造108

5.7.3 黏结式电极的制造111

5.7.4 发泡式电极的制造111

5.7.5 纤维式电极的制造112

5.7.6 电沉积镉电极的制造112

5.7.7 密封镉镍电池的制造113

第6章 金属氢化物镍电池114

6.1 概述114

6.2 MH-Ni电池的工作原理与特点114

6.2.1 MH-Ni电池的工作原理114

6.2.2 MH-Ni电池的密封115

6.2.3 金属氢化物-镍电池的特点116

6.3 储氢合金电极116

6.3.1 储氢合金的性质116

6.3.2 储氢合金电极的电化学容量118

6.3.3 储氢合金的分类118

6.3.4 AB5型储氢合金119

6.3.5 AB2型储氢合金120

6.3.6 储氢合金的制备121

6.3.7 储氢合金电极的制造122

6.3.8 储氢合金电极的性能衰减122

6.3.9 储氢合金的表面处理技术123

6.4 MH-Ni电池的性能123

6.4.1 MH-Ni电池充放电特性123

6.4.2 温度特性124

6.4.3 内压124

6.4.4 自放电特性125

6.4.5 循环寿命125

第7章 锌氧化银电池126

7.1 概述126

7.2 锌氧化银电池的工作原理127

7.2.1 电极反应127

7.2.2 电极电势与电动势127

7.3 氧化银电极128

7.3.1 充放电曲线128

7.3.2 氧化银电极的自放电130

7.4 锌负极132

7.4.1 锌的阳极钝化132

7.4.2 锌的阴极沉积过程134

7.5 锌氧化银电池的电化学性能134

7.5.1 放电特性134

7.5.2 锌银电池的循环寿命135

7.6 锌银电池结构与制造工艺137

7.6.1 电极制备137

7.6.2 隔膜和电解液139

7.6.3 电池装配140

第8章 锂电池142

8.1 概述142

8.1.1 锂电池的发展与特点142

8.1.2 锂电池分类143

8.2 锂电池的电极与电解液144

8.2.1 正极材料144

8.2.2 锂负极144

8.2.3 电解液145

8.3 Li-MnO2电池149

8.3.1 Li-MnO2电池的特点及基本原理149

8.3.2 Li-MnO2电池的结构与制备150

8.3.3 Li-MnO2电池特性151

8.4 Li-SOCl2电池152

8.4.1 特点及基本原理152

8.4.2 Li-SOCl2电池的组成和结构153

8.4.3 Li-SOC12电池的电化学特性154

8.5 Li-SO2电池155

8.5.1 基本原理155

8.5.2 Li-SO2电池结构与制造工艺155

8.5.3 Li-SO2电池特性156

8.6 Li-（CFx）n电池157

8.6.1 Li-（CFx）n电池原理与基本特点157

8.6.2 反应机制158

8.6.3 发展趋势与前景159

8.7 Li-I2电池159

8.8 可充电金属锂负极160

8.8.1 金属锂负极存在的问题160

8.8.2 锂枝晶的生成原理161

8.8.3 金属锂负极的结构优化163

8.8.4 电解液的优化164

8.8.5 金属锂负极的固体电解质界面优化165

8.8.6 金属锂负极展望166

8.9 Li-S电池166

8.9.1 Li-S电池特点及基本原理166

8.9.2 Li-S电池面临的主要挑战168

8.9.3 硫电极169

8.9.4 Li-S电池电解液169

第9章 锂离子电池171

9.1 概述171

9.1.1 锂离子电池的发展史171

9.1.2 锂离子电池的工作原理171

9.1.3 锂离子电池的特点和应用172

9.2 锂离子电池的正极材料173

9.2.1 钴酸锂173

9.2.2 锰酸锂174

9.2.3 镍酸锂176

9.2.4 磷酸亚铁锂176

9.2.5 其他正极材料177

9.3 锂离子电池的负极材料178

9.3.1 碳素材料178

9.3.2 合金负极材料179

9.3.3 其他负极材料181

9.4 锂离子电池的电解液181

9.4.1 有机溶剂182

9.4.2 电解质盐183

9.4.3 电解液添加剂184

9.5 聚合物锂离子电池185

9.5.1 聚合物锂离子电池的特点185

9.5.2 聚合物锂离子电池的结构185

9.6 锂离子电池的制造工艺186

9.6.1 极片制造186

9.6.2 电池的装配187

9.6.3 聚合物锂离子电池的制造188

9.7 锂离子电池的性能189

9.7.1 充放电性能190

9.7.2 安全性190

9.7.3 自放电与储存性能193

9.7.4 使用和维护193

第10章 燃料电池195

10.1 燃料电池概述195

10.1.1 燃料电池的发展历史195

10.1.2 燃料电池的工作原理195

10.1.3 燃料电池的工作特点197

10.1.4 燃料电池的类型197

10.1.5 燃料电池系统的组成198

10.1.6 燃料电池的应用199

10.2 燃料电池的热力学基础200

10.2.1 燃料电池电动势200

10.2.2 燃料电池的理论效率201

10.3 燃料电池的电化学动力学基础201

10.3.1 燃料电池的极化行为201

10.3.2 燃料电池的电极反应机理202

10.3.3 燃料电池的实际效率205

10.4 燃料电池所用的燃料205

10.4.1 氢气燃料的制备206

10.4.2 氢气燃料的净化208

10.4.3 氢气燃料的储存209

10.4.4 其他燃料210

10.5 碱性燃料电池211

10.5.1 简介211

10.5.2 碱性燃料电池的工作原理211

10.5.3 碱性燃料电池组件及其材料212

10.5.4 碱性燃料电池的排水213

10.5.5 碱性燃料电池的性能及其影响因素213

10.6 磷酸燃料电池215

10.6.1 简介215

10.6.2 磷酸燃料电池的工作原理215

10.6.3 磷酸燃料电池的组成和材料215

10.6.4 磷酸燃料电池的排水和排热218

10.6.5 磷酸燃料电池性能219

10.7 熔融碳酸盐燃料电池222

10.7.1 简介222

10.7.2 熔融碳酸盐燃料电池的工作原理223

10.7.3 电解质和隔膜223

10.7.4 电极225

10.7.5 双极板226

10.7.6 熔融碳酸盐燃料电池性能226

10.8 固体氧化物燃料电池227

10.8.1 简介227

10.8.2 固体氧化物燃料电池的工作原理228

10.8.3 电解质229

10.8.4 电极229

10.8.5 双极板230

10.8.6 电池结构类型230

10.8.7 燃料电池性能232

10.9 质子交换膜燃料电池232

10.9.1 简介232

10.9.2 质子交换膜燃料电池的工作原理232

10.9.3 质子交换膜233

10.9.4 催化剂剂和电极234

10.9.5 双极板和流场235

10.9.6 水管理236

10.9.7 质子交换膜燃料电池的性能237

10.10 直接醇类燃料电池237

10.10.1 简介237

10.10.2 直接甲醇燃料电池的工作原理237

10.10.3 甲醇氧化和电催化剂238

10.10.4 质子交换膜239

10.10.5 直接甲醇燃料电池的性能239

10.11 可再生燃料电池240

10.11.1 简介240

10.11.2 可逆再生燃料电池的工作原理241

10.11.3 氢电极催化剂241

10.11.4 氧电极催化剂242

第11章 金属空气电池243

11.1 锌空气电池244

11.1.1 概述244

11.1.2 锌空气电池工作原理245

11.1.3 锌空气电池的空气电极245

11.1.4 锌空气电池的锌电极248

11.1.5 锌空气电池的性能与限制因素250

11.2 铝空气电池252

11.2.1 中性电解液铝空气电池252

11.2.2 碱性电解液铝空气电池253

11.2.3 铝电极253

11.3 锂空气电池254

11.3.1 锂空气电池的特点及工作原理254

11.3.2 锂空气电池的空气电极255

11.3.3 锂空气电池的电解液256

11.3.4 锂空气电池的锂负极257

第12章 电化学电容器258

12.1 概述258

12.2 电化学电容器与电池的比较258

12.2.1 能量的存储形式258

12.2.2 电容器和电池的电能存储模式比较258

12.2.3 电化学电容器和电池运行机理的比较259

12.2.4 电化学电容器与电池能量密度的差别259

12.2.5 电化学电容器和电池充放电曲线的比较260

12.2.6 电化学电容器和电池循环伏安性能的比较260

12.3 双电层电容及碳材料262

12.3.1 双电层模型及其结构262

12.3.2 双层电容和理想极化电极264

12.3.3 非水电解质中双层的行为和非水电解质电容器264

12.3.4 用于电化学电容器的碳材料265

12.3.5 关于碳材料的双层电容266

12.3.6 影响碳材料电容性能的因素267

12.4 法拉第准电容及氧化钌材料269

12.4.1 准电容（CΦ）和双层电容（Cdl）的区分方法269

12.4.2 用于电化学电容器的氧化钌（RuO2）材料270

12.4.3 氧化钌的制备、充放电机理及电化学行为270

12.4.4 其他氧化物膜表现的氧化还原准电容行为272

12.5 导电聚合物膜的电容行为273

12.5.1 概述273

12.5.2 导电聚合物与准电容有关的行为及循环伏安曲线的形式275

12.5.3 以导电聚合物为活性材料的电容器系统的分类276

12.6 影响电容器性能的电解质因素278

12.6.1 水性电解质278

12.6.2 非水电解质278

12.7 制备技术及评价方法279

12.7.1 用于碳基电容器电极的制备280

12.7.2 基于RuOx的电容器电极的制备281

12.7.3 电容器的装配281

12.7.4 电化学电容器的实验性评价282

第13章 电极材料与电池性能测试284

13.1 电极材料的电化学测试体系284

13.1.1 三电极体系284

13.1.2 复合粉末电极技术284

13.1.3 粉末微电极技术285

13.2 电势阶跃法286

13.2.1 小幅度电势阶跃法286

13.2.2 极限扩散控制下的电势阶跃法287

13.3.3 电势阶跃法测定电极中反应物质的固相扩散系数289

13.3 循环伏安法290

13.3.1 可逆电极体系的循环伏安曲线290

13.3.2 不可逆电极体系的循环伏安曲线290

13.3.3 电池中循环伏安法的应用291

13.3.4 循环伏安法测定电极中反应物质的固相扩散系数291

13.4 电化学阻抗谱技术292

13.4.1 电化学极化和浓差极化同时存在时的电化学阻抗谱292

13.4.2 电化学阻抗谱的解析293

13.4.3 电池中电化学阻抗谱的应用294

13.5 电池性能测试方法296

13.5.1 充放电性能与容量测试296

13.5.2 循环性能测试298

13.5.3 自放电与储存性能测试299

13.5.4 内阻测试299

13.5.5 内压测试300

13.5.6 温度特性测试300

13.5.7 安全性能测试301

参考文献302