能源材料PPT

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1.1 化学电源的结构
化学电源（电池）主要是由电极（包括 电极粘结剂）、电解质、隔膜以及外壳（包 括电池封口剂）所组成。
电极是电池的核心部分，它是由活性物 质和导电骨架所组成。活性物质是指正、负 极中参加成流反应的物质，是决定化学电源 基本特性的重要部分。
电解质在电池内部正、负极之间担负着 传递电荷的作用，要求比电导高，电压降要 小。电解质有液体电解质和固体电解质之分。
锰电池、锌-汞电池、镉-汞电池、锌-银电池、碱 性锌-空气电池、锂电池、锂离子电池、一些固体 电解质电池（银-碘电池）。
关于二次电池涉及到铅酸蓄电池、镉 - 锰电 池、氢-镍电池、金属氢化物-镍电池（MH-Ni电 池）、固体电解质电池（钠-硫电池）、锂电池、 锂离子电池、一些固体电解质电池。
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关于燃料电池涉及到碱性燃料电池（AFC）、 磷酸燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐燃料电池 （MCFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）、质子 交换膜燃料电池（PEMFC）、直Байду номын сангаас甲醇（DMFC） 燃料电池。
二次电池，习惯上又称为可充电电池或蓄电池， 它是充、放电过程能够反复多次循环使用的一类电 池。
燃料电池又称连续电池，它是将活性物质 （燃料）连续注入电池，使其连续放电的一种电池。
储备电池又称为激活电池，这类电池的正负极活 性物质在储存期不直接接触，使用前临时注入电解 液或用其它方法使电池激活。
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我们将学习几种有代表性的电池材料。 关于一次电池涉及到锌-锰干电池、碱性锌-
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二次电池及其电池组常用于较大功率放电， 汽车启动、照明、点火、应急电源人造卫星、 宇宙飞船。此外，二次电池组在电动车辆动力 方面也显示出了广阔的应用前景。
燃料电池适合于长时间连续工作的场合， 可以用于电动车辆的动力，也可以作为发电厂 的发电装置，据介绍，美国的NASA曾经成功 地将燃料电池应用于阿波罗飞船的登月飞行和 载人航天器中。
电极是电池的核心。一般电极都是由三部 分组成，一是参加成流反应的活性物质；二 是为改善性能而加入的导电剂；三是少量的 添加剂，如缓冲剂等。
化学电源常用的电极有片状、粉末多孔 状和气体扩散电极等几种。
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片状电极是由金属片或板直接制成，锌-锰干电 池以锌片冲成圆筒作负极，锂电池的负极用锂片。
粉末多孔电极的应用极广，因为电极呈现多孔状 时，其直接表面积大，电化学极化和浓差极化小，不 易钝化。电极反应在固—液界面上进行，充、放电过 程中生成的枝晶少，可以防止电极间的短路。
储备电池可用作导弹的电源、心脏起搏器 的电源等。
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1.4 各类电池的简介
1.4.1 一次电池 在化学电源中，一次电池的历史最为悠久，产量
最大，应用最为广泛。这种电池不能用简单的方法 再生，不能充电，用后要废弃。
典型的一次电池有锌-锰电池——包括传统的勒 克郎谢电池、纸板电池、碱性锌-锰电池、无汞锌锰电池，锌-氧化汞电池、锌-空气电池。
能 “化学能 — 电”转换材 料
源
（各类化学电池）
材 “光 — 电”转换材料
料 “热 — 电”转换材料
储能材料
一次电池 可充电电池 （二次电池）
燃料电池 储备电池 （激活电池）
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1 “化学能 — 电”转换材料 （化学电源）
“化学能 — 电”转换材料， 也叫做“化学电源”或“电池” 是一种能量转换装置。放电时， 化学能转变为电能，充电时,电能 转换为化学能储存起来，一次电 池的反应不可逆的，二次电池的 反应是可逆的。
关于储备电池涉及到热激活电池、水激活电池。 具体有锌-银电池、镁-银电池、铅-高氯酸电池等。
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1.3 化学电源的应用
化学电源具有能量转化效率高、方便、安全 可靠等优点，所化学电源被广泛地用于工业、军 事及日常生活之中。
一次电池常用于低功率和中等功率的放电. 这种电池外形多为圆柱形、钮扣式、扁形，常以 单体或电池组的形式用于各种便携式电器和电子 设备。圆柱形电池广泛用于照明、信号、报警装 置、收音机、收录机、计算器、电动剃须刀、吸 尘器等家庭生活用品上；钮扣式电池用于手表、 计算器、电子词典等物品；薄形电池用作CMOS 电路记忆储存电源等。此外，一次电池还广泛用 于军事便携通讯、雷达、气象和导航仪等。
气体扩散电极是粉末多孔电极在气体电极中的应 用。电极的活性物质是气体。气体电极反应在电极微 孔内表面形成的气—液—固三相界面上进行。目前工 业上已经得到应用的气体扩散电极是氢电极和氧电极。 典型的电极结构有：双层多孔电极（培根型电极）、 防水型电极、隔膜型电极等。
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1.1.1.2 电极粘结剂
电极常用的粘结剂一般都是高分子化合物，如
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隔膜的作用是防止正、负极活性物质的直 接接触，防止电池内部的短路。隔膜的形状薄 膜、板材、棒材等。
外壳是电池的容器，在化学电源（电池） 中，除了锌锰干电池是以锌电池（负极）兼作 外壳以外，其它电池都有独立的外科，外壳要 求机械强度高、耐针对、耐冲击、耐腐蚀、耐 温度的变化。
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1.1.1 电极类型及结构
聚乙烯醇（PVA），聚四氟乙烯（PTFE），羧甲基
纤维素（CMC）等。
1.1.1.2 化学电源用隔膜
化学电源用的隔膜材料有天然或合成的高分子
材料，无机材料等。根据原料特点和加工方法不同，
可将隔膜分成有机材料隔膜，编织隔膜，毡状膜，
隔膜纸和陶瓷隔膜等。
1.1.1.3 封口剂
电池封口剂有环氧树脂，沥青，松香等。
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1.4.2 二次电池
二次电池以铅酸蓄电池 、镉-镍电池、 氢-镍电池 为其典型代表，此外固体电解质 电池、锂电池、锂离子电池是非常有前途 的三类二次电池，尤其是锂电池、锂离子 电池既可以作为一次电池，也可以作为二 次电池，最有发展前途。
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1.4.3 激活电池
又称“贮备电池”，电池正负极活性物质 和电解质在贮存期间不直接接触。激活电池 在使用前处于惰性状态，使用时借助动力源 作用于电解质，使电池激活，激活方式有气 体激活，液体激活和热激活，一般来说，激 活电池能够贮存几年甚至十几年。
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1.1.5 电池组（电池堆） 当需要电池输出高电压或大电流时，可以
将若干个电池通过串联、并联、复联的方式组 成电池组（电池堆）来使用。
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1.2 化学电源的分类
一次电池又称为原电池，如果原电池中电解不 流动，则成为干电池，由于电池反应本身不可逆， 或可逆反应很难进行，所以一次电池放电后不能充 电再用。