能量的转换和储存
物理学中的能量转换与储存技术
物理学中的能量转换与储存技术能量转换与储存技术是当今物理学领域的热点方向之一。
能量转换是指将一种能量形式转换为另一种能量形式的过程。
而能量储存则是将能量储存下来，以备将来需要时使用。
在科技不断发展的今天，能源供给已成为一个举足轻重的问题。
传统能源的短缺和环境问题，以及气候变化等全球性问题的不断加剧，促使我们在能源转化和储存方面进行更加深入的研究。
一、能量转换技术1.1 光电转换光电转换是指将光能转换为电能的技术。
当前，光电转换技术已经广泛应用于太阳能电池、太阳能热发电、光催化等领域。
尤其是太阳能电池，已经成为了当前最为主流的绿色能源之一。
在太阳能电池方面，随着新型材料和器件的不断涌现，太阳能电池的效率和稳定性得到了极大提高。
例如，钙钛矿太阳能电池具有高的光电转换效率、易制备、低成本等优势，成为当前的研究热点之一。
另外，在光催化方面，利用光能催化分解水来制备氢气已成为研究热点之一。
这不仅能高效利用可再生能源，同时还可以解决氢气产生过程中的环境问题。
1.2 热电转换热电转换是指将热能转换为电能的技术。
热电材料是实现热电转换的关键因素。
目前，热电材料的研究重点主要是利用稀有元素的化合物和复合材料来提高材料的性能。
热电转换技术具有广泛的应用前景，例如在汽车尾气净化，火力发电，可再生能源利用等领域均有广泛应用。
1.3 机械电能转换机械电能转换是指将机械能转化为电能的过程。
悬挂式风力发电机是一种常见的机械电能转换设备。
在风能利用方面，悬挂式风力发电机具有体积小、重量轻、效率高等优点。
除此之外，机械电能转换还有其他的应用，例如车轮发电、水轮发电等等。
二、能量储存技术2.1 化学储能化学储能技术是指利用化学反应来储存能量的技术。
目前，锂离子电池和钠离子电池已成为主流化学储能技术。
锂离子电池具有体积小，容量大，储存能量密度高，使用寿命长等优点，已经广泛应用于移动电源、电动汽车、智能家居等领域。
钠离子电池是目前被广泛研究的一种替代锂离子电池的储能技术。
生命历程中的能量转换和转移
生命历程中的能量转换和转移在生命的历程中，能量的转换和转移是一个不断进行的过程。
能量对于生命的维持和发展具有至关重要的意义，是生命的一种本质属性。
由于生命过程是一个巨大而复杂的系统，因此能量的转换和转移也存在着不同的方式和形式。
一、能量的来源和转换生命过程中的能量主要来源于食物。
食物中的有机物质经过消化、吸收和代谢后，被转化成为能够被细胞利用的能量，形成了细胞的内能。
比如，葡萄糖通过细胞呼吸途径被氧化，释放出大量的能量，以三磷酸腺苷（ATP）的形式存在于细胞内，为细胞提供持续不断的能量供给，以维持正常的代谢功能。
在人体内，碳水化合物、脂肪和蛋白质是主要的能量来源。
碳水化合物主要是由糖类组成，糖类是体内最重要的能源和组织结构单元。
脂肪是生命过程中最高效的储能物质，它含有丰富的化学键，可提供大量的能量，是人体贮存能量最主要的途径。
蛋白质不仅是组成细胞结构的重要物质，也是能够被氧化分解产生能量的物质。
不同的营养成分在体内通过代谢途径进一步转化为能量，供给不同的生命过程，如生长、细胞分裂、运动和免疫等。
二、能量的转移和分配人体的内能不会存在大量的积累，需要时刻地供给细胞和组织结构，以维持身体正常的功能。
能量的转移和分配是由心血管系统和呼吸系统进行调节的。
心血管系统负责将血液从心脏输送到全身各处，供给组织和器官，呼吸系统则是将氧气从空气中吸入体内，送达不同的细胞，供给呼吸作用之需。
能量的转移和分配应当是一个有序和平衡的过程。
过多的能量转移会使身体负荷过大，导致过度肥胖、糖尿病等疾病的发生。
同时，能量分配的不均衡也可能导致身体的某些器官获得不足的供应，造成功能减退或疾病的发作。
因此，我们应该通过科学的饮食和运动方式，确保身体得到合适的营养和能量供应，保持身体的健康状态。
三、能量的转换与机体保护人体内部的自我调节机制能够确保能量的合理转换和分配。
为了避免过多的内能积累影响细胞和器官的正常运转，机体会将多余的能量转化为储存能量或热能。
能量转换和储存
化学能转换为热能
燃料燃烧是获取热能的最主要方式。 能在空气中燃烧的物质称为可燃物，但不能 把所有的可燃物都称作燃料（如米和沙糖之 类的食品）。 所谓燃料，就是能在空气中容易燃烧并释放 出大量热能的气体、液体或固体物质，是能 在经济上值得利用其发热量的物质的总称。 燃料通常按形态分为固体燃料、液体燃料和 气体燃料。
固体燃料
液体燃料
气体燃料
化学能转换为热能
燃烧反应是一个氧化反应。 燃料中的可燃元素碳、氢、硫和空气中的氧激剧化 合时发出显著的光和热。 通过燃料燃烧将化学能转换为热能的装臵称为燃烧 设备。其中锅炉就是典型的燃烧设备，它是通过化 石燃料的燃烧将燃料的化学能转换为高温烟气的热 能，并用热能加热水使之变为蒸汽。
化学能 化学能 化学能 热能 热能 热能 机械能 机械能
转换机械或系统
炉子、燃烧器 各种热力发动机 电能 热机、发电机，磁流体 发电，EGD发电（压电 效应） 热力发电，热电子发电 燃料电池
氢和酒精 等二次能 源
化学能 化学能
电能 电能
热能
能量转换过程及转换设备或系统
能源 能源形态转换过程
机械能 机械能
油的燃烧
油的燃烧方法有内燃和外燃两种方式。 所谓内燃，是在发动机气缸内部极为有限的 空间进行高压燃烧，是一种瞬间的燃烧过程。 所谓外燃，就是不在机器内部燃烧，而在燃 烧室内燃烧，并直接利用燃烧发出的热量， 如锅炉、窑炉内进行的燃烧。 油燃烧的全过程包含着传热过程、物质扩散 过程和化学反应过程。
不同燃料的燃烧特点
煤的燃烧 油的燃烧 气体燃料的燃烧
煤的燃烧
煤的燃烧基本上有两种形式：第一种是煤粉悬浮在 空间燃烧，称为室燃或粉状燃烧；第二种就是煤块 在炉排上燃烧，称为层燃或层状燃烧。
细胞的能量转换
细胞的能量转换细胞是生物体的基本单位，通过细胞内各种代谢反应来维持生命活动。
其中，能量的转换是细胞生命活动的基础。
本文将从细胞内能量储存、能量转换的方式以及相关代谢过程等方面来探讨细胞的能量转换。
一、细胞内能量储存细胞内的能量主要以ATP（腺苷三磷酸）的形式储存。
ATP是一种高能化合物，它由腺嘌呤、核糖和三个磷酸基团组成。
而ATP的磷酸键具有高能，通过磷酸键的断裂，可以释放出储存的能量，为细胞进行各种生命活动提供动力。
细胞内ATP的合成是经过一系列复杂的能量转换来完成的。
最主要的合成途径是细胞呼吸作用。
在有氧条件下，细胞通过氧化葡萄糖产生大量的ATP。
而在无氧条件下，细胞则通过乳酸发酵产生少量的ATP。
此外，细胞还通过光合作用合成ATP，但这一过程主要发生在植物细胞中。
二、能量转换的方式细胞内能量转换的方式多种多样，常见的有细胞呼吸作用和光合作用。
1. 细胞呼吸作用细胞呼吸作用是生物体将有机物质分解为CO2和H2O的过程，同时产生能量。
它分为三个主要阶段：糖酵解、Krebs循环和氧化磷酸化。
首先，糖酵解将葡萄糖分解为两个分子的丙酮酸，同时产生少量的ATP和NADH。
之后，丙酮酸进入Krebs循环，在多次反应过程中，产生大量的NADH和FADH2，并生成CO2。
最后，NADH和FADH2通过氧化磷酸化的过程，将其储存的电子传递给电子传递链，最终产生较大量的ATP。
2. 光合作用光合作用是植物细胞或某些细菌利用光能将二氧化碳和水转化为有机物质的过程，同时释放出氧气。
光合作用可以分为两个主要阶段：光反应和暗反应。
在光反应阶段，光能被光合色素吸收，并转化为化学能。
通过光合色素分子间的电子传递，产生能量丰富的ATP和NADPH，并释放出氧气。
而在暗反应阶段，通过ATP和NADPH的提供，植物细胞将CO2转化为有机物质，并再生ADP和NADP+。
三、相关代谢过程除了细胞呼吸作用和光合作用，细胞内还存在其他相关代谢过程，进一步实现能量的转换。
能量的转换与储存方式
能量的转换与储存方式随着人类社会的发展，能源的需求越来越大，同时环境保护问题也越来越受到人们的关注。
如何高效地转换和储存能量成为了当下研究的热点。
本文将讲述能量的转换和储存方式。
一、能量的转换能量的转换，即是将一种形式的能量转换为另一种形式的能量。
在生产和生活中，我们经常需要进行能量的转换，如化学能转换为热能、电能转换为机械能等。
以下几种能量的转换方式值得关注：1.光能转化日光是一种广泛存在且不会耗尽的资源，而太阳光可以被转换为电能或热能。
太阳能电池片是将光能直接转化为电能的一种常见方式。
而太阳能热发电则是利用太阳辐射产生热能使水蒸气推动涡轮发电的方式。
这些技术的应用有望实现清洁能源的长期稳定供应。
2.化学能转化化学能是指物质因化学反应而释放的能量，如燃料的燃烧。
将化学能转换为其他形式的能量也是我们经常需要进行的操作。
例如热能锅炉燃烧燃料生成热能，然后将这些热能用于驱动发电机生成电能。
另一种方式是利用电化学反应将化学能转换为电能，如蓄电池和燃料电池等。
3.机械能转化在行业生产和日常生活中，机械辅助设备的广泛应用促进了机械能的转换。
例如汽车引擎将燃油的化学能转换为机械能，同时驱动车轮的旋转，从而达到运动的目的。
车轮的转动则将机械能转化为动能。
二、能量的储存在能量转换的基础上，储存能量也是十分关键的。
储存能量有助于缓解能源供应短缺和需求不稳定性的问题。
以下列出常见的能量储存方式：1.电池储存电池储存是将化学能转化为电能并储存在电池之中。
现代电池具有高能量密度和长时间使用寿命等特点，在高速、高质量、节能的当前生产方式下，广泛应用于各行各业中。
2.超级电容储存超级电容储存是利用电场和电荷之间的相互作用储存能量，也是一种较为常见的储存方式。
超级电容器具有高速、高效、长周期等优势，通常用于电力质量改善和短时应急供电。
3.物理储存物理储存包括压缩空气储能和储热装置，如储热罐和蓄热板等。
压缩空气储能利用空气压缩并储存，释放时再通过逆向过程将能量释放出来。
【电化学】第五章 电化学能量转换和储存
2Na+5S=Na2S5
(初期)
2Na+4Na2S5=5Na2S4 (中、后期)
2Na+Na2S4=2Na2S2 (后期，Na2S5耗尽后)
二、固体电解质电池
与溶液型电解质电池相比，其特点是贮存寿命长，使用 温度范围广，耐振动及冲击，没有泄漏电解液或产生气体 等问题，能制成薄膜，做成各种形状和微型化。但是固体 电解质的电导率低于液态电解质溶液，常温时电他的比功 率和比能量较低，容易出现极化，不易适应工作时体积变 化
第三节 蓄 电 池
一、铅酸蓄电池
1、 铅酸蓄电池分类、结构和工作原理
铅酸蓄电池分类
启动用蓄电池
固定型蓄电池
牵引用蓄电池
摩托车用蓄电池
按用途分
船舶用蓄电池
航空用蓄电池
坦克用蓄电池
铁路客车用蓄电池
航标用蓄电他
矿灯用蓄电池等
三.锌汞电池和锌银电池
1.锌汞电池
Zn(含少量Hg)｜30-40%KOH(ZnO饱和)｜HgO，Hg 负极反应 Zn+4OH- = Zn(OH)42-+ 2e
（6）自放电
第三节 蓄 电 池
3、密封式铅酸电池 使电池达到气密有三个途径：
（1）气相催化法 （2）辅助电极式 （3）阴极吸收式
二、镉镍蓄电池 碱性蓄电池是使用KOH或NaOH电解液的二次电池的
总称。包括镉镍、镉银、锌银、锌镍、氢镍等蓄电池 镉镍电池的优点：①对进行高率放电；②低温特性好；
③循环寿命长；④即使完全放电，性能也不怎么下降； ⑤易于维护；⑥易于密闭化。缺点主要是电压较低
三、电池的命名和型号 自学！！
第二节 用锌作负极的电池
一、锌锰干电池 锌－二氧化锰电池常称锌锰十电池，正极为二氧
储能系统原理
储能系统原理储能系统是指能够将电能或其他形式的能量在一段时间内储存起来，在需要时释放出来供应电力或能量的设备或系统。
储能系统的原理主要包括能量转换、能量储存和能量释放三个过程。
能量转换是储能系统的核心原理之一。
在能量转换过程中，将能源转化成电能或其他形式的能量，以便进行储存和利用。
常见的能量转换方式包括化学能转化为电能、光能转化为电能、机械能转化为电能等。
能量储存是储能系统的关键环节。
储能系统需要将转换后的电能或其他形式的能量储存起来，以备不时之需。
常见的能量储存方式包括电池储能、超级电容器储能、压缩空气储能、重力储能等。
每种储能方式都有其特点和适用范围，选择合适的储能方式可以提高能量的储存效率和可靠性。
能量释放是储能系统的最终目的。
储能系统在需要时将储存的能量释放出来，供应电力或能量。
能量释放方式多种多样，可以通过直接连接电网输出电能，也可以通过逆变器将储存的直流电能转换为交流电能供应给负载设备。
此外，还可以通过燃烧储存的燃料释放能量，或者利用重力势能释放能量等。
储能系统的原理不仅涉及能量转换、储存和释放，还包括能量管理和控制。
能量管理是指对储能系统中能量的管理和调度，以保证系统的安全稳定运行。
能量控制是指对储能系统中能量转换、储存和释放过程进行控制，以实现能量的高效利用。
储能系统的应用范围广泛，涵盖了电力系统、交通运输、工业制造、建筑领域等各个领域。
在电力系统中，储能系统可以平衡电力供需，提高电力系统的稳定性和可靠性。
在交通运输领域，储能系统可以提供电动汽车、混合动力汽车等新型交通工具的动力。
在工业制造中，储能系统可以为生产设备提供备用电源，降低能耗。
在建筑领域，储能系统可以储存太阳能和风能等可再生能源，实现能源的自给自足。
随着清洁能源的快速发展和能源需求的增长，储能系统将扮演越来越重要的角色。
储能系统的原理逐渐成熟，技术不断创新，储能效率不断提升。
未来，储能系统将成为能源转型和可持续发展的重要支撑，为人们的生活和工作带来更多便利和可能性。
能源科学导论第二章能量的转换与储存
❖ 热力学第一定律揭示在能量转换和传递过程 中能量在数量上必定守恒。
❖ 热力学第二定律指出在能量转换和传递过程 中，能量在品质上必定贬值。
❖ 是两条互相独立的基本定律，一切实际过程 必须同时遵循这两条基本定律。
❖ 提高能量的有效利用，其实质就是在于防止 和减少能量贬值发生。
3 能量转换的效率
❖ 根据能量贬值原理，不是每一种能量都可以连续 地、完全地转换为任何一种其他形式的能量。
常用的气体燃 烧器有扩散式 燃烧器；另一 种是预混式燃 烧器；此外还 有一种部分预 混式燃烧器，
简单的扩散式燃烧器
煤的燃烧室 层燃 燃（ （粉 层状 状燃 燃烧 烧） ） 燃烧方式油的燃烧内 外燃 燃
气体燃料的燃烧燃 容烧 器器 内燃 燃烧 烧
第三节 热能转换为机械能或电能
概述
❖ 将热能转换为机械能是目前获得机械能 的最主要的方式。
说明了能量“量”的多少，和能量之间的关 系
❖ 热力学第一定律：能量守恒 ❖ 系统的内能=系统吸收的热量+对系统做功
第一类永动机
❖ 永动机是一类想象中的不需外界输入能源、 能量或在仅有一个热源的条件下便能够不断 运动并且对外做功的机械。
❖ 某物质循环一周回复到初始状态，不吸热而 向外放热或作功，这叫“第一类永动机”。 这种机器不消耗任何能量,却可以源源不断的 对外做功。
能量=火用+火无
❖ 火用：有用能或有效能，指在给定环境条件下， 可以连续地完全转化为任何一种其他形式的能量。
❖ 火无：无用能或无效能，指不可转换的 能量。
各种不同形式的能量，按其转换能力可分为三 大类：
（1）无限转换能（全部转换能），如电能、 机械能、水能、风能、燃料储存的化学能等；
生物能量储存形式及其转换过程
生物能量储存形式及其转换过程生命活动需要大量的能量来维持，而这些能量主要来自于食物。
生物体需要将食物中的化学能转化为生物能，再将其储存下来。
不同生物体的能量储存形式和转换过程也有所不同。
1.生物能的储存形式生物能的主要储存形式有三种：ATP、糖和脂肪。
ATP(腺苷三磷酸)是一种高能化合物，是细胞内主要的能量分子。
当食物中的化学能被转换为生物能时，它也被储存到ATP中。
ATP的储存能力很小，但其释放能量的速度非常快，因此它是人体能量补充的主要方式。
ATP的合成需要能量输入，常见的合成方式有糖原和脂肪酸分解途径。
糖是一种含有较高能量的分子，它是人体主要的燃料之一。
人体储存糖的方式多种多样，其中最主要的是肝内和肌肉内的糖原。
糖原的形式与淀粉类似，但其结构较为复杂，能够更容易地分解为糖分子以供身体使用。
脂肪是一种能量含量非常高的分子，可以提供长时间的稳定能量。
脂肪的主要储存形式有三种：葡萄糖，三酸甘油酯和胆固醇酯。
其中，三酸甘油酯是最重要的存储形式，在脂肪细胞中形成“脂肪滴”，提供动物长时间的能量支持。
2.生物能的转换过程生物能的转换过程有两个基本规则：一是能量可以从一种形式转换为另一种形式，但不可消失；二是越高级的生物体，所需的养分越丰富，产生的废物也越多。
一个完整的生物能转换过程通常包括三个步骤：消化、吸收和新陈代谢。
消化是指细胞将食物中的大分子物质分解成小分子物质的过程。
消化过程中涉及到多种酶的作用，例如唾液酶、胃酸和胰腺酶等。
这些酶将食物中的蛋白质、碳水化合物和脂肪分解成小分子营养物质。
吸收是指小分子营养物质通过肠道黏膜被吸收到血液中的过程。
小肠是吸收营养物质的主要器官，其中对于多种营养物质的吸收具有专门的细胞组织。
例如，葡萄糖通过肠道上皮细胞的胰岛素介导进行吸收；氨基酸通过多种载体进行吸收。
新陈代谢是指营养物质和氧气在细胞内进行反应，最终产生能量和废物的过程。
新陈代谢过程包括两种类型反应：分解代谢和合成代谢。
能量转换与储存技术
能量转换与储存技术一、能量转化技术能源转化技术主要指的是将一种形式的能量转换为另一种更方便、更易存储和更容易利用的能量形式。
在能源转化技术中，最常见的是热能、电能和化学能的转化。
1.1 热能转换技术热能转换技术主要包括热力学循环和热化学反应两种技术。
其中热力学循环技术可分为热力学循环发电和热力学循环制冷两种。
热力学循环发电技术是指将热能转化为机械能，再由机械能转化为电能的技术。
例如，常见的火力发电、核电发电、风力发电、水力发电等都属于热力学循环发电技术。
而热力学循环制冷技术则是指利用一定的热力学循环过程，将低温热能转化为高温热能，从而实现制冷。
例如，汽车空调、家用冰箱以及高级冷却设备都是应用了热力学循环制冷技术。
而在热化学反应技术中，通过燃烧、燃气发动机或者高温化学反应等手段，将热能转化为机械能或者电能。
例如，燃料电池的工作原理就是引入空气和燃料，然后在催化剂的作用下，将燃料转化为电能。
1.2 电能转化技术电能转化技术是指将一种形式的电能转换为另一种形式的电能的技术。
例如，直流电能转换为交流电能，或者变压器将高电压的电能转化为低电压的电能。
在电能转换技术中，最常用的是电力电子技术。
该技术利用电子器件，对电能进行调节控制，从而实现电能的转换。
1.3 化学能转化技术化学能转化技术是指利用化学反应过程，将化学能转化为机械能或者电能。
例如，电池就是一种将化学能转化为电能的装置。
在化学能转化技术中，最常见的是燃料电池技术和化学电池技术。
燃料电池就是利用燃料和氧气进行反应以产生电能的一种装置。
而化学电池则是指利用在不同电极上的化学反应，将化学能转化为电能。
二、能量储存技术能量储存技术主要是指将能量储存在介质中，以备后续使用。
目前，主要的能量储存技术包括电能储存技术、化学能储存技术和物理能储存技术。
2.1 电能储存技术电能储存技术主要是指将电能储存在电池或者超级电容器中，以备后续使用。
其中，电池技术是最常见的一种电能储存技术。
燃料电池的能量转换和储存
燃料电池的能量转换和储存燃料电池是一种可持续的清洁能源，它利用氢气和氧气的化学反应来产生电能，无污染、无噪音、高效率。
与传统电池相比，燃料电池的能量密度更高、容量更大，可以为日常生活和工业生产提供更为稳定、清洁、高效的能源。
燃料电池的能量转换和储存是燃料电池技术研究和应用的核心问题。
本文将从理论原理、技术路线和应用前景三个方面对燃料电池进行分析和探讨。
一、理论原理燃料电池的基本原理是利用氢气和氧气的化学反应来产生电流。
燃料电池分为不同类型，如质子交换膜燃料电池（PEMFC）、碱性燃料电池（AFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）等。
它们的工作原理基本一致，但各有特点。
以PEMFC为例，它由阴极、阳极、质子交换膜和燃料电池催化剂组成。
当氢气进入阳极时，它会被催化剂分解成质子和电子。
质子穿过质子交换膜，电子则通过外部电路到达阴极，再与氧气和电子共同反应生成水。
二、技术路线燃料电池的技术路线主要包括氢气制备、氢气储存、燃料电池堆和燃料电池系统四个部分。
氢气制备可以通过多种方法实现，如催化重整、水电解、生物质气化等。
氢气的储存是燃料电池技术中的关键问题，当前主要采用高压储氢、液态储氢、化学吸附等方法。
燃料电池堆是燃料电池的核心组件，它是多个燃料电池单元的组合体，能够产生足够的电能来满足不同的功率要求。
最后，燃料电池系统是一套完整的燃料电池设备，包括氢气制备、储存、输送和使用等多个环节。
燃料电池系统的关键技术包括控制和管理、故障诊断和安全保障等方面。
三、应用前景燃料电池具有很高的应用潜力，在交通、电力、军工、航空航天等领域都有广泛的应用前景。
其中，轮船、汽车等交通工具的燃料电池应用是燃料电池技术最具商业价值和推广前景的方向。
燃料电池汽车流行化将极大地改善空气质量，减少传统燃油汽车带来的环境问题。
此外，燃料电池也可用于紧急应急电源、家庭燃料电池等领域，能够提供可持续的清洁能源，为人们的生活和生产带来更多的便利。
电化学能量储存与转换
1990年Sony首次大规模推出锂离子电池
1991年M. Gratzel提出染料敏化太阳能电池
早期的电化学能量转换装置
1836年，英国的丹尼尔对 “伏特电堆”进行了改良。 不是最早的盐水溶液，而 用稀硫酸作电解液，解决 了电池极化问题，制造出 能保持平稳电流的锌─铜 电池，又称“丹尼尔电 池”。丹尼尔电池最早用 于电报机。
电 导 率
温度
产生最大值的 原因何在？
溶质浓度
熔盐电解质
高温熔盐： 无机盐熔体，氧化物熔体
氧化物体系的熔点较高，如La2O3-CuO （10:90 摩尔比） 1050℃
盐类混合物其次，NaCl-KCl（等摩尔） 663 ℃
不含金属的盐类和有机盐类熔点较低, CO(NH2)2-NH4NO3（59:41）45.5 ℃, AlCl3-MEICl（33:67）-75 ℃， MEI：1-甲基-3-乙基咪唑
酸性燃料电池
熔融碳酸盐燃料电池
固体氧化物燃料电池
质子交换膜燃料电池的原理与技术
三合一催化电极的构造与功能
40％Pt/C催化剂 研究趋势：从减小铂的颗粒度并提高分散均匀性，到采 用外层为铂的核壳结构或低铂合金，再到非铂催化剂。
贵金属Pt的高成本是燃料电池大规模应用的主 要障碍，以过渡金属M制备M-N4/PPy系催化剂是 一种新的有效尝试。Bashyam在《Nature》上报 到了一种燃料电池低成本CoPPy/C新型催化剂， 此类催化剂不仅有很高氧还原催化活性，而且 有良好的稳定性。 制备方法： 在碳上化学聚合吡咯得到PPy/C复合载体； 浸渍六水合硝酸钴，再用硼氢化钠还原，使
大部分参比电极在小电流密度的情况下属于理 想非极化电极。在金属铂电极上的析氢和脱氢 反应也只有很小的极化电压。
储能器工作原理
储能器工作原理
储能器是一种能够存储电能的装置。
它的工作原理基于能量的转换和储存。
储能器通常由两个电极、电解质和隔离介质组成。
当储能器处于充电状态时，一端的电极会引入电子，电子会从一个电极移动到另一个电极。
这个过程中，电能会转化为化学能，存储在电解质或电极中。
当需要使用储能器中存储的电能时，储能器会被连接到一个电路中。
电荷会从一个电极流到另一个电极，而储存的化学能会被转化为电能输出。
这个过程中，电流会从储能器流出，供应给外部设备使用。
储能器的工作原理基于几种不同的机制。
一种常见的储能器类型是电化学储能器，如锂离子电池和超级电容器。
这些储能器通过电化学反应将电能储存为化学能，并在需要时将其释放出来。
除了电化学储能器之外，还有一些其他的储能器类型，如压缩空气储能器和重力储能器。
这些储能器通过在储能过程中将能量转化为压缩气体或重力势能来存储电能，并在需要时通过释放压缩气体或释放重物来将其转换回电能。
总之，储能器是一种能够将电能转化为其他能量形式进行存储，并在需要时将其转换回电能的装置。
它在可再生能源集中供应等领域有着广泛的应用。
小学科学易考知识点能量的转换
小学科学易考知识点能量的转换能量的转换是小学科学中一个非常重要的知识点。
在我们的日常生活和学习中，能量的转换无处不在。
它关乎到我们生活的方方面面，包括烹饪食物、行走、跑步、机器的工作等等。
了解能量的转换原理，可以帮助我们更好地认识世界，提高我们的科学素养。
本文将围绕小学科学易考的能量转换知识点展开论述。
一、能量的定义和种类能量是物体或系统所具有的做功或产生热的能力。
在物理学中，我们将能量分为两种主要的形式：动能和势能。
动能是物体运动时所具有的能量，它与物体的质量和速度有关系。
当物体的质量增加或者速度增加时，动能也会相应增加。
例如，一个快速滚动的车轮具有较高的动能，而一个静止的车轮则没有动能。
势能是物体在某种位置或状态下所具有的能量。
常见的势能有重力势能和弹性势能。
举个例子，当我们把一本书抬到桌子上时，我们需要用力，将书提起来并抬到桌子上。
在此过程中，我们给书赋予了一定的势能。
当我们把书从桌子上放下时，它会向下落下，释放出之前蓄积的势能。
二、能量的转换过程能量的转换是指能量从一种形式转换为另一种形式的过程。
在日常生活中，能量的转换无处不在。
以下是几个常见的能量转换过程的例子：1. 热能转化为机械能：拿手摩擦时，我们会感到摩擦处变热。
这是因为我们的机械能转化为了热能。
同样，当我们使用火柴生火时，摩擦产生的热能会点燃火柴，将热能转化为火焰和光能。
2. 动能转化为电能：当我们使用手电筒时，电池中储存的化学能被转化为电能，进而点亮灯泡，将电能转化为光能。
3. 动能转化为声能：当我们敲击乐器或者拍手时，我们的机械能会转化为声能，发出声音。
4. 食物中的化学能转化为人体的机械能：当我们吃东西时，食物中的化学能被我们的身体吸收，并转化为我们行走、跑步等活动所需的机械能。
通过观察和学习这些能量转换的例子，我们可以更好地理解能量转换的原理，增强我们对能量的理解。
三、能量守恒定律在能量的转换过程中，虽然能量的形式会发生变化，但能量的总量是不变的，这就是能量守恒定律的基本原理。
压电发电的能量转换及存储技术研究
压电发电的能量转换及存储技术研究随着人类对可再生能源的需求日益增长，能量转换和存储技术成为了当今研究的热点。
其中，压电发电技术作为一种将机械能转换为电能的独特方式，在能量转换及存储技术上具有重要的应用价值。
本文将阐述压电发电的基本原理、技术分类、优势以及未来应用前景，为相关领域的研究提供参考。
压电发电是指利用压电材料的逆压电效应将机械能转换为电能的过程。
逆压电效应是指压电材料在受到外部机械应力时，会产生电势差的现象。
与传统发电机相比，压电发电机的最大区别在于其不需要电磁感应原理，因此具有结构简单、体积小、重量轻等优点。
压电发电技术根据不同的应用场景，可分为薄膜压电发电、纤维压电发电和颗粒压电发电等。
薄膜压电发电：利用薄膜压电材料在受到应变时产生电势差的特性，将机械能转换为电能。
该技术适用于小型设备或低功耗应用场景。
纤维压电发电：利用纤维压电材料在受到轴向应力时产生电势差的特性，将机械能转换为电能。
该技术适用于结构较复杂或要求高度集成的应用场景。
颗粒压电发电：利用颗粒状压电材料在受到振动或冲击时产生电势差的特性，将机械能转换为电能。
该技术适用于环境恶劣或要求高稳定性的应用场景。
压电发电技术在能量转换及存储技术上具有以下优势：高效性：压电发电机的能量转换效率较高，可达到90%以上。
可靠性：由于没有使用电磁感应原理，压电发电机具有更高的可靠性，适用于各种恶劣环境。
灵活性：根据不同应用场景，可以选择不同类型的压电发电机，以满足各种需求。
环保性：压电发电过程中不产生污染，符合绿色能源的发展趋势。
不足之处在于，压电发电机的输出功率密度相对较低，需要进一步优化材料和结构设计以提高输出性能。
由于压电发电技术的独特优势，其具有广泛的应用前景。
以下是几个典型的应用领域：便携式设备：随着智能设备的普及，便携式设备对能源的需求不断增加。
压电发电机作为一种绿色、高效的能源转换方式，可为便携式设备提供持续的电能。
电动汽车：电动汽车的发展离不开高效、环保的能源系统。
生物体内的能量转换
生物体内的能量转换在生物体内，能量转换是一种不可或缺的过程，它使得生命得以维持、生长和繁衍。
这篇文章将探讨生物体内的能量转换过程。
1. 能量转化的概念能量转化是指将一种形式的能量转变为另一种形式的能量的过程。
在生物体内，能量主要以化学能的形式存在，通过代谢反应进行转换。
生物体通过摄取食物或吸收光能等方式获取能量，然后在细胞内进行分解和合成反应，最终将能量转化为细胞所需的化学能。
2. 能量转化的主要途径在生物体内，能量的转化主要通过两个途径进行：光合作用和呼吸作用。
光合作用是指光能转化为化学能的过程，主要发生在植物的叶绿体中。
在光合作用中，植物通过吸收光能将二氧化碳和水转化为葡萄糖和氧气，同时释放出化学能。
光合作用是地球上大部分生物体能量的来源，也是维持生态系统平衡的关键过程。
呼吸作用是指有机物在细胞中氧化分解的过程，将有机物中的化学能转化为细胞所需的能量。
呼吸作用主要包括糖的有氧呼吸和无氧呼吸两个过程。
有氧呼吸是在氧气存在的情况下进行的，将葡萄糖等有机物完全氧化分解为二氧化碳和水，同时释放出大量的能量；无氧呼吸则是在缺氧情况下进行的，产生的能量较少且会产生乳酸或乙酸等副产物。
3. ATP的作用和合成在生物体内，能量的转化主要是通过ATP（腺苷三磷酸）的转化来完成的。
ATP是细胞内常见的一种高能化合物，其中的磷酸键储存了化学能。
当细胞需要能量时，ATP分子的最后一个磷酸会被水解成ADP（腺苷二磷酸）和无机磷酸，同时释放出能量。
当细胞内能量不足时，细胞通过合成反应再次将ADP和无机磷酸转化为ATP，储存能量供细胞使用。
4. 能量转换与生物体功能能量转换对生物体的功能至关重要。
通过光合作用和呼吸作用，生物体可以获取到所需的能量，以维持生命活动的进行。
能量转换也是细胞进行各种代谢反应的基础，如合成新的有机分子、维持细胞内环境的稳定等。
此外，能量转换还参与调节生物体的生长和发育过程。
总之，生物体内的能量转换是生命活动的基础过程，在维持生物体正常功能和生态系统平衡中扮演着重要角色。
能量转化与能源转储的原理
能量转化与能源转储的原理能量是我们生活中不可缺少的物质，任何活动都需要能量的支持。
能量转化和能源转储是能源学中非常重要的两个概念，是我们理解能源转化规律和高效能源利用的必备基础。
本文将深入探讨能量转化与能源转储的原理，以期为读者带来更深层次的理解和认识。
一、能量转化的原理能量转化指的是将一种形式的能量转变为另一种形式的能量的过程。
常见的能量转化包括热能转化为动能、光能转化为电能、化学能转化为电能等。
这些能量转化过程背后的原理和机制有所不同，但它们都可以归纳为一条基本定律：能量守恒定律。
能量守恒定律是指在任何封闭系统内，能量的总量不会发生改变，只会在不同形式之间相互转化。
例如，在一个小球滑下斜面的过程中，其带有的势能将会逐渐转化为动能，最终将小球推至斜面底部，转化成为另一种能量形式。
实际上，这个过程中，一部分势能被转换为了热能和声能，因此信息永远不会从一个能量形式消失。
这说明，虽然能量可以在不同形式之间进行转化，但总量将始终保持不变。
二、能源转储的原理能源转储是通过将能量转化为一种可以保存和利用的形式，以达到高效能源利用的目的。
比如将太阳能转化为电能、热能转化为机械能都属于能源转储的范畴。
在这个过程中，关键的一步是将能量从一种形式转化为另一种可以方便储存和利用的形式，例如将太阳能转化为电能需要用到太阳能电池，而将热能转化为机械能则需要使用内燃机等设备。
不同的能量储存和利用形式需要不同的技术方案，例如在现代科技中，化学电池和超级电容器成为了电能储存的两类重要设备。
化学电池可以将化学能转化为电能并储存起来，成为重要的电源设备，而超级电容器则可以更快地储存和释放电能，为高调性电力设备提供可靠的电源。
能量转化和能源转储是两个重要的概念，它们互相联系、共同作用，保持和改进生态系统中物质和能量的转运和循环。
能量转化让我们的日常生活变得更加丰富多彩，能源转储则为能源利用和管理贡献了许多科学技术。
我们应该不断探索高效能源转化和更加便捷的能源转储技术，以更好地实现能源利用的可持续发展目标。
磁场中的能量存储与能量转换
磁场在能源储存中的应用
电能存储
利用磁场储存电能 平衡能源供需
可再生能源
提高能源利用效率 减少能源浪费
环境影响
减少污染排放 保护生态环境
未来发展方向
新材料应用
提高效率
可再生能源 整合
减少环境影响
电动车辆应 用
推动新能源行业 发展
智能控制技 术
提升性能
创新技术应用
磁悬浮技术
提高效率
磁能发电技 术
可再生能源
超导磁体应 用
高能物理实验
磁共振成像
医疗应用
对环境与能源的影响
01 减少化石燃料使用
降低二氧化碳排放
02 提高能源利用效率
磁场能量转换技术已 经在电动车、风力发 电等领域得到广泛应 用，不断提高能源利 用效率，推动可持续 能源发展。磁场能量 转换的研究和应用将 为未来能源转换和可 再生能源发展提供重 要支持。
● 04
第4章 磁场中的能量损耗与 补偿
磁场中的能量损 耗来源
磁场能量在转换过程 中会存在摩擦、磁滞 等损耗。这些能量损 失会影响设备的效率 和性能，需要采取措 施来减小这种损耗。
节约资源
03 推动可持续发展
保护生态环境
磁场能量转换在可持续发展中的角色
环保效益
减少能源浪费 降低污染排放
经济效益
节约能源成本 促进新能源产业发展
社会效益
提高能源利用效率 改善人民生活质量
感谢
感谢各位听众的聆听和关注，希望本次分享对您 有所启发和帮助。谢谢！
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氢和酒精 化学能 电能 热能 等二次能 化学能 电能 源
转换机械或系统
炉子、燃烧器 各种热力发动机 热机、发电机，磁流体 发电，EGD发电（压 电 效应）
热力发电，热电子发电 燃料电池
能源 能源形态转换过程
水力、风力、机械能 机械能 潮汐、海流、机械能 机械能 电能 波浪
转换机械或系统
水车、风车。水轮机—— 发电机，波力发电、风力 发电、潮汐发电、海流发电
热能 机械能 热能 热能 电能 电磁能 电能 热能 机械能
电能 电能
电能 电能
光（激光） 热能 热能
聚变
转换机械或系统
核发电，磁流体发电 核能炼钢 热力发电，热电子发电 光电池
核聚变发电
第三节 热能的产生
一、热能的获取
燃料燃烧 获取热能的最主要方式 核能转换 太阳能转换 地热 电能转换
1. 燃料燃烧
第五节 电能的生产
电能的生产
机械能
发电机
化学能 辐射能 电电能能
磁流体发电、热电偶差温
一、机械能的转换 机械能 发电机
电能
汽轮步电机
39万千瓦燃气轮发电机
二、热能转换
1978年我国第一台民用长时间磁流体发电机组 研制成功, 电功率为12KW, 累计运行1000h。
2.热电偶温差发电
工作原理
根据塞贝克效应，即当任意两种不同的导体联 结成一个闭合回路时，若两接点处的温度不同， 在两结点间就会形成一个电位差并能在外电路中 输出电能；两接点间产生的电位差的大小和两接 点处的温差成正比。
能量传递过程的方向、 条件和限度
热力学第二定律各说法
克劳修斯说法：“不可能把热量从低温 物体传到高温物体而不引起其它变化。”
开尔文说法：“不可能从单一热源吸取 热量使之完全转变成功而不产生其它影 响。”
第二类永动机的例子
以海洋为热源，海洋共有6.88×1020t的海 水，如果海水的温度下降1℃，可放出 2.88×1024KJ的热量，约合9.8×1016t标 准煤，相当于目前全世界每年能耗的10万 倍。
过热器 饱和蒸汽在其内加热成具有额定温度的过热
蒸汽。
省煤器 布置在锅炉尾部，利用尾部烟气的余热加热
给水，以降低排烟温度，节约燃料。
空气预热器
布置在锅炉尾部，利用尾部烟气的余热加热助 燃空气，用以强化着火和燃烧，达到进一步降低排 烟温度，提高锅炉效率。
再热器
将汽轮机高压缸的排气在加热到较高的温度， 然后送入汽轮机的中、低压缸做功，借以提高发电 站的热效率。
热机工作过程：
气体从高温热源吸收热量后体积膨胀， 膨胀气体推动活塞做功，同时气体温度下降； 然后气体再将部分热量传给低温冷源，再经 适当压缩即可使气体回到原来的状态，从而 完成一个热力循环。
根据卡诺定律有一系列可逆工作过程组成的 理想热力循环，当采用理想气体作为工质时，其 最大的理论热效率为：
热机的效率恒小于1。
放射性同位素温差发电器
放射性同位素作燃料的温差发电器示意图
优点：结构紧凑、比功率高、寿命长、不需 维修和不受环境影响。
三、燃烧设备（将化学 能转化为热能的装置）
锅炉 工业炉窑
化学能
热能
1.锅炉分类
按锅炉所用的燃料分：固体燃料锅炉 （煤）、液体燃料锅炉（重油）、气体燃料 锅炉（天然气）、废料锅炉（垃圾、甘蔗渣 等）
卧式燃油(气)蒸汽锅炉
按锅炉的用途分：
电站锅炉（发电） 采暖及工业锅炉 船用锅炉 车用锅炉
按锅炉工质出口的状态分：
太阳能
光能 热能 光能 热能 机械能 电能 光能 热能 电能 光能 电能 光能 化学能 光能 生物能 电磁波 电能
热水器，采暖、制冷、光化 学反应，太阳灶 太阳热发动机 太阳热发电 热力发电，热电子发电 光电池、光化学电池 光化学反应（水分解）光合成
能源
核能
能源形态转换过程
核分裂 核分裂 核分裂 核分裂 核聚变
炉墙构架
锅炉的外壳，用以支撑和固定锅炉的各部件， 并起密封和保温作用。
大型自然循环锅炉 示意图
第四节 机械能的获取
机械能的获取
机械能 化学能
一、热能的转换
（一）热机效率
热能转化为机械能通常借助于热机来实现。
根据能量贬值原理，热能不可能全部转换为机 械能。也就是依靠单一热源做工的热机是没有的。 因此所有的热机都是工作在一个高温热源和一个 低温冷源之间。高温热源温度越高，低温冷源温 度越低，热即将热能转换成机械能的数量就越多， 即热机的效率越高。
膨胀过程（工作冲程）：气门关闭，燃烧的混合气 膨胀，推动活塞下行，是 唯一一个做工的冲程。
排气冲程：排气门打 开，活塞上行将燃烧后的 废气排出气缸，开始下一 个循环。
工作过程
二冲程发动机 二冲程发动机是将四冲程发动机完成一个工作
循环所需要的四个冲程纳入二个冲程完成。
二冲程发动机工作过程
2.燃气轮机
“永动机”
第一类用动机是 不可能制成的
中世纪时代设想的永动机
装有自由滚的钢球的永动机
美国洛杉矶市的 假想的永动机
见怪不怪
要维持斜面上的一个物体不动，一定要在竖直面 的方向上加一个力量，这个力量跟物体重量的比等于 这个斜面的高度跟它的长度的比。
二、能量贬值原理
能量不但有量的多少，还有质的高低
磁流体发电的应用
1959年，美国的阿夫柯1号磁流体发电机发出 11.4KW的电力，点亮了228盏50W的灯泡，运行 了10s。
1966年，美国空军研制成功一台实际输出电功 率 18MW的磁流体发电机，每天大约运行3 次， 每次1min。
1964年，我国建成第一台小型模拟磁流体发电 试验机组，燃烧汽油和纯氧，发电功率为80W, 运 行1min。
一、能量守恒与转换定律
自然界一切物质都具有能量；能量既不能创造， 也不能消灭，而只能从一种形式转换成另一种 形式，从一个物体传递到另一个物体；在能量 转换与传递过程中能量的总量恒定不变。
19世纪自然 科学的三大 发现
热力学第一定律
热能作为一种能量，可以与其它形式的能量 相互转换，在转换过程中能量总量保持不变。
第二节 能量转换的主要燃料
一、定义
燃料：能够通过燃烧过程而将化学能转换 为热能的物质。
所有化石燃料及由化石燃料加工而成的其 它含能体；
所有生物燃料以及由生物燃料加工而成的 含能体。
二、主要燃料的转换过程及设备或系统
能源
能源形态转换过程
石油、煤 炭、天然 气等矿物 燃料
化学能 热能 化学能 热能 机械能 化学能 热能 机械能 电能
通过水轮机可以将水的位能转换成 机械能。
通过风力机可以将风能转换成机械 能。
三、电能的转换
电动机是通过定子磁场（励磁绕组）和转子 磁场（电枢绕组）之间的相互作用而转动的。
交 流 电 动 机同 异步 步电 电动 动机 机
串 励 式 直 流 电 动 机并 励 式
复 励 式
电动机中的磁场
燃 料
燃烧室
压 气 机
燃 气 轮 机
发电机
空气
废气
燃气轮机装置示意图
燃气机优点： （1）重量轻、体积小、投资省； （2）启动快、操作方便； （3）水、电、润滑油消耗少
应用领域：
航空领域
燃气轮机小而轻，启动快，马力大。涡轮喷气 发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮风扇发动机都是 以燃气轮机做主机或启动辅机。
2.锅炉的主要部件
• 燃烧设备 将燃料和助燃空气送入炉膛，并保证着火稳
定和燃烧良好。
• 炉膛 使燃料在其内燃尽，并使出口烟气冷却到对
流受热面能安全工作的温度。
• 锅筒 与上升及下降管一起组成自然循环锅炉的循
环回路；其内储存汽水，以适应负荷的变化。
水冷壁 布置在炉膛四周，吸收炉膛的辐射热，用以
加热其内的工质，并对炉墙起保护作用。
蒸汽锅炉 热水锅炉
按锅炉出口的压力分： 低压锅炉（<1.27MPa） 高压锅炉（<3.822MPa） 超高压锅炉（<13.72MPa） 亚临界压力锅炉（<16.66MPa） 超临界压力锅炉（>22.11MPa） 。
按锅炉排渣的方式分为： 固体排渣锅炉、液态排渣锅炉
按锅炉锅筒的数目可分为： 单锅筒锅炉、双锅筒锅炉
4.地热
以热水或者蒸汽的形式提供热能。
5.电能转换
通过电阻将电能转换成热能。
二、有关燃烧的知识
1.燃料燃烧的必要条件
有能燃烧的可燃物（燃料）； 有使可燃物着火的能量（或称热源）， 即使可燃物的温度达到着火温度以上。 需供给足够的氧气或空气
2.燃烧所需的空气量
理论空气量 根据燃烧的化学反应是，单位燃料完全燃 烧时理论上所需的干空气量。
第四章 能量的转换和储存
主要内容
能量的基本性质 能量转换的主要燃料 热能的产生 机械能的获取 电能的生产 能量的运输 能量的储存
第一节 能量的基本性质
运
动无 有
序 序
有 序 无 序
能 能
不 完全、 有条 件
能量之间的转换
“量”的多少 能量守恒与转换定律 “质”的高低 能量贬值原理
一大桶温水
热 量
一勺沸水
煮熟一个鸡蛋 烫伤人
能量转换是有方向性的
孤立系统
高温物体
热量
低温物体
自发过程：不需要外界帮助就能自动进行的过程。
机械能
有序能
自发过程 非自发过程
摩擦生热
热能
无序能
“量”的属性遵循热力学第一定律
“质”的属性遵循热力学第二定律
热力学第二定律的实质：能量贬值原理。 即能量转换过程总是朝着能量贬值的方向进行。 高品质能量可以全部转换成低品质的能量；能 量传递过程也总是自发的朝着能量品质下降的 方向进行。