电化学原理第一章绪论

军舰鸟的“电细胞”非常发达，其视网膜与脑细胞组织构成了
一套功能齐全的“生物电路”，它的视网膜是一种比人类现有的任
何雷达都要先进百倍的“生物雷达”，脑细胞组织则是一部无与伦
比的“生物电脑” 。
为什么人的手指触及含羞草时它便“弯腰低头”害羞起来? 为什么向日葵金黄色的脸庞总是朝着太阳微笑? 为什么捕蝇草会像机灵的青蛙一样捕捉叶子上的昆虫?
太阳能电池是一种能将光能转换为电能的器件。
太阳能电池的 应用
电能
5 手机电池、电动汽车，到通讯、航空航天、智能“光伏建筑”等
太阳能电池的分类
硅基太阳能电池
化合物半导体电池
聚合物太阳能电池
染料敏化太阳能电池Dye-Sensitized Solar Cells(DSSCs)
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染料敏化太阳能电池的工作原理
（2）可以灵活运用上述电化学的基础理论， 进行简单的问题分析；
（3）了解常见电化学工业的工艺与原理。
教学要求与考核
要求：独立完成作业 ，注意掌握基础理 论，提高综合运用，融会贯通的能力。
考核：平时成绩（30%） 期末考试（70%）
第一节 电化学研究对象
一. 不同的导电回路 电子导电回路 Electronic Circuit 原电池 Galvanic Cell 电解池 Electrolytic Cell
管
日本三菱重工
式 美国国家能源技术实
验室
加拿大环球热电
平
德国西门子
板 澳大利亚陶瓷燃料电
式
池公司
联合数码
现在规模 250kw, 0.3~0.4w/cm2,930℃
10kw
1.2kw 0.83w/cm2 , 750℃ 10.8kw, 0.6w/cm2 900℃ 5kw, ~0.2w/cm2
0.7kw, 0.54w/cm2, 800℃
第二类导体：凡是依靠物体内的离子运动而 导电的导体叫做离子导体，也称第二类导体。
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一、背景
对电池的安全性和 单个电池的均一性 要求高
12
共计6,831只 18650电池
一、背景
碱性锌锰电池
高性能碱性电池
动力型电池
正极
负极
电 池
电解液
隔膜纸
外壳
电池结构示意图
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正极反应:LiCoO2 负极反应:6C+xLi++xe-
电池反应:6C+LiCoO2
充电
放电
Li1-xCoO2+xLi++xe-
生物电化学
心脏跳动时会产生1～2 毫伏的电压，眼睛开闭产生 5～6毫伏的电压，读书或思考问题时大脑产生0.2～ 1毫伏的电压。
电鳐能产生100伏电压 放电小眼鱼
能在飞鱼落水前 非洲尼罗河中的电缩，电压有400～500伏
的一刹那叼住它，亚马孙河中的电级，能产生瞬间电流2安培，
从不失手。
电压800伏 。
导弹用电池 P/W
化学电源组成及其产业发展趋势
1000
高高温温电池电池 二次电池
燃料电池系列
热电池
其他贮备
1
一次电池
0 0.1
1
固体电解质电池
10
100
Βιβλιοθήκη Baidu
1000
t/h
图1.1 各种类型电池主要应用范围
10000
锂电池
镍镉电池
铅酸电池
镍氢电池
锂离子电池
技术参数
几种二次电池的性能比较
铅酸电池 镍镉电池 镍氢电池 锂离子电池
到2018年锂电池产业的产值将达到320亿美元。锂电池市场未来的增长主 要来源于电动汽车等动力锂电池领域、笔记本电脑等小型锂电领域对锂电池 需求的快速增长，其中2018年电动汽车领域的锂电池产值将占50％以上，超 过160亿美元。
2020/10/2
Tesla汽车成为公路上 最快且最为节省燃料的 车子.属于纯电动零排放 的电动汽车。 ---全球第一款量产版电 动跑车 。
电化学原理及其应用
主讲人：雷维新
绪论
能源与环境 问题
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生物能
太阳能
海洋能
清洁可再 生能源
风能
地热能
机械能？ 电能？
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太阳能的利用
✓ 资源丰富 40分钟辐射＝一年需求 ✓ 洁净能源 无“温室效应”，无环境污染 ✓ 使用方便 不受地域限制，利用成本低
光能 太阳能电池 电能
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太阳能电池 光能
TiO2
吸收光能,电子激发
e-
染料
染料再生
电解质 电解质还原 e-
对电极
负载
Sauvage F, Decoppet J D, Zhang M, et al. Journal of the American Chemical Society, 2011, 133(24): 9304 -9310.
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充电
放电
LixC6
充电
放电
Li1-xCoO2+ LixC6
SOFC原理
燃料
水
阳极
总反应:H2 + 2 O2 -> 2H2O
H2 + 2O2- -> H2O + 2e-
-
O2- 电解质
O2-
阴极
+
O2 + 4e- -> 2O2-
空气
SOFC发电装置的应用
交通
发电站
军事
SOFC研发现状
结构
单位
美国西屋电气公司
课程内容
•电化学基础知识（绪论） •电解质溶液的性质及理论（第1章） •电化学热力学（第2章） •双电层结构及其特性（第3章） •电极过程动力学（第4章） •电化学催化（第5章） •应用电化学（第6-12章）
本课程的学习要求：
（1）着重理解掌握电化学基本概念、基本 原理、基本方程等基础理论知识；
电子导电回路
凡是依靠物体内部自 由电子的定向运动而 导电的回路称之为电 子导电回路。
载流子：自由电子
原电池回路
将化学能转化为电 能的装置。
载流子：离子+电 子
电解池回路
由外电源提供电能， 使电流通过电极，在 电极上发生电极反应 的装置。
载流子：电子＋离子
几个重要概念
第一类导体：凡是依靠物体内部自由电子的 定向运动而导电的物体，即载流子为自由电 子（或空穴）的导体，叫做电子导体，也称 第一类导体。
工作电压(V) 重量比能量(Wh/Kg) 体积比能量(Wh/L)
自放电率(%/月) 有无记忆效应
有无污染
2 28-40 64-72
低 有 有
1.2 50 150 25-30 有 有
1.2 65 200 30-35 有 无
3.6 105-140
300 6-9 无 无
全球锂电池的产值增长趋势
From：IIT报告
如含羞草的叶片受到刺激后，立即产生电流，电流沿着叶柄以 每秒14毫米的速度传到叶片底座上的小球状器官，引起球状器 官的活动，而它的活动又带动叶片活动，使得叶片闭合。
一些生物包括细菌、植物、动物都能把化学能转化为电能，发光 而不发热。
课程目标
电化学研究对象 电化学科学的应用 电化学发展历史