描述
开 本: 16开纸 张: 胶版纸包 装: 平装-胶订是否套装: 否国际标准书号ISBN: 9787122327789
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、短路电流和负荷电压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97
5.2.1成流反应97
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
6.2MH-Ni电池的工作原理与特点114
6.2.1MH-Ni电池的工作原理114
6.2.2MH-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
6.3.4AB5型储氢合金119
6.3.5AB2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
6.4MH-Ni电池的性能123
6.4.1MH-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
8.3Li-MnO2电池149
8.3.1Li-MnO2电池的特点及基本原理149
8.3.2Li-MnO2电池的结构与制备150
8.3.3Li-MnO2电池特性151
8.4Li-SOCl2电池152
8.4.1特点及基本原理152
8.4.2Li-SOCl2电池的组成和结构153
8.4.3Li-SOCl2电池的电化学特性154
8.5Li-SO2电池155
8.5.1基本原理155
8.5.2Li-SO2电池结构与制造工艺155
8.5.3Li-SO2电池特性156
8.6Li-(CFx)n电池157
8.6.1Li-(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
8.7Li-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
8.9Li-S电池166
8.9.1Li-S电池特点及基本原理166
8.9.2Li-S电池面临的主要挑战168
8.9.3硫电极169
8.9.4Li-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
13.2.3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
前言
《化学电源》版出版已有十年，期间多次印刷，受到读者的欢迎和好评，我们深表感谢，同时也深感责任重大。十年来，随着新能源汽车、大规模储能行业的发展以及对环境保护的日益重视，化学电源也有了很大进展，出现了一些新的电池品种。《化学电源》的内容也应进行补充和修改，以适应化学电源技术的发展需求。与版相比，第二版在铅酸蓄电池一章中增加了铅炭电池；在锂电池一章中增加了可充电金属锂负极和锂硫电池，对锂氟化碳电池进行了修订；在燃料电池一章中增加了可再生燃料电池。由于金属空气电池的迅速发展，本书第二版将燃料电池一章的金属空气燃料电池独立为一章——金属空气电池，该章内容包括锌空气电池、铝空气电池和锂空气电池。
本书内容共13章，既包括电化学基本原理和化学电源基本概念，也包括主要化学电源品种的工作原理、结构与制造工艺，以及以电化学基本原理为基础的电化学电容器。近年来，化学电源方面的新材料、新品种、新技术不断出现，因此在编写过程中，既考虑到技术及理论的成熟性，也兼顾了技术的发展与展望。
参与本书编写人员有赵力（第1章），程新群（第2章、第5章、第6章、第11章11.1节、11.2节和第13章13.5节），贾铮（第3章和第13章13.1~13.4节），戴长松（第4章4.1~4.7节），王殿龙（第4章4.8节、第8章8.8节和第9章），左朋建（第7章、第8章8.1~8.7节、8.9节和第11章11.3节），杜春雨（第10章10.1~10.10节），袁国辉（第12章），杜磊（第10章10.11节），钱正义、张瀚、何孟雪参与了8.9节和11.3节的部分资料整理工作。全书由程新群负责统稿并任主编。
在本书编写过程中，参考了哈尔滨工业大学电化学工程专业理论电化学、化学电源工艺学、电化学测量等传统教学内容，部分文字、数据和图表引自国内外相关著作以及一些文献资料，在此向各位作者一并致以诚挚的谢意。本书的编写得到了化学工业出版社的大力支持，在此表示衷心的感谢。
化学电源种类繁多，发展迅速，我们尽努力去完成本书，但是由于水平所限，书中还会有缺漏和不足，敬请广大读者批评指正。
编者
2018年5月31日
版前言
经过100多年的发展，化学电源已经形成了一个庞大的家族，建立了完整的科技和工业体系。随着石油、煤炭等化石能源的日渐枯竭，化学电源作为高效率的能量转换装置越来越受到重视。各种各样的化学电源已成为人类社会能源供应中不可或缺的一部分，在航空、航天、舰艇、兵器、交通、电子、通讯、家用电器等行业处处都有化学电源的用武之地。科学技术的发展以及环境保护的需求，对化学电源的发展也不断提出更高的要求，对专业人才的需求也在增加，越来越多的高等院校和科研院所增设化学电源方面的课程、专业或开展了此类研究。虽然目前关于各类化学电源的专著不断出版，但是缺少针对其他相关专业人员学习化学电源的教材，本书的编写就是为了更好地满足这些人员学习化学电源知识的迫切需要。
本书内容既包括电化学基本原理和化学电源基本概念，也包括主要化学电源品种的工作原理、结构与制造工艺，以及以电化学基本原理为基础的新型储能装置——电化学电容器。近年来化学电源方面的新材料、新品种、新技术不断出现，因此在编写过程中，既考虑到技术及理论的成熟性，也兼顾了技术的发展与展望。
参与本书编写人员有赵力（第1章），程新群（第2章、第5章、第6章和第12章第5节），贾铮（第3章和第12章其余各节），戴长松（第4章），左朋建（第7章和第8章），王殿龙（第9章），杜春雨（第10章），袁国辉（第11章）。全书由程新群负责统稿。
在本书编写的过程中，编者参考了哈尔滨工业大学电化学工程专业理论电化学、化学电源工艺学、电化学测量等传统教学内容，部分文字、数据和图表引自国内外相关著作以及一些文献资料，在此向各位作者一并致以诚挚的谢意。
本书的编写得到了化学工业出版社的大力支持，在此表示衷心的感谢。
我们尽努力去完成本书，但是由于水平所限，书中不当之处在所难免，敬请广大读者批评指正。
编者
2008年5月
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