2024版 電化學儲能基本知識培訓教材

pinghe@?1799年物理學家伏打（Volt）發(fā)現(xiàn)伏打電堆；?1800年尼克松（Nichoson）和卡里蘇（Carlisle）利用伏打電堆電解水；?1870年發(fā)電機發(fā)明，促進電化學發(fā)展；?1826年歐姆（Ohm）定律發(fā)現(xiàn)；?1833年法拉第定律發(fā)現(xiàn)，電化學成為一門獨立的學科；?1870s亥姆荷茨（Helmholtz）提出雙電層概念；?1887年阿累尼烏斯（Arrhenius）提出電離學說；?1889年能斯特（Nernst）提出電極電位公式，對電化學熱力學巨大貢獻；?1905年塔菲爾（Tafel）提出電流密度與氫過電位之間的半對數經驗公式；?1940s弗魯姆金(Фрумкин)學派在電化學動力學和雙電層結構研究方面取得重大進展；格萊亨（Grahame）通過滴汞電極系統(tǒng)地研究兩類導體界面。?1960s電化學學科迅速發(fā)展，非穩(wěn)態(tài)傳質過程動力學、復雜電極過程動力學理論發(fā)展；交流阻抗法、暫態(tài)測試方法、線性電位掃描法、旋轉環(huán)盤電極系統(tǒng)等都有了突破性的發(fā)展；?近20年來，電池化學、量子電化學、光譜電化學、納米電化學均有很大發(fā)展。第一類導體：依靠物體內部自由電子的定向運動而導電的物體，即載流子為自由電子（或空穴）的導體，叫做電子導體，也稱為第一類導體。第二類導體：凡是依靠物體內部離子運動而導電的導體叫做離子導體，也稱為第二類導體。如，電解質溶液、熔融鹽、固體電解質等。回路中，電荷的連續(xù)流動是依靠在兩類導體界面上兩種不同載流子之間的電荷轉移來實現(xiàn)的。由兩類不同導體組成，在電荷轉移時不可避免的伴隨物質變化的體系，稱為電化學體系。這是電化學包括電化學儲能科學研究的對象。兩類導體界面上發(fā)生的氧化還原反應稱為電極反應。常常把電化學體系中發(fā)生的、伴隨電荷轉移的化學反應統(tǒng)稱為物理化學中已經學過，理想溶液中組分i的化學勢等溫式為：yi為i的摩爾分數，R為摩爾氣體常數，T為熱力學溫度。真實溶液中的性質與理想溶液有一定偏差，引入一個新參數αi來表達真實溶液中的化學勢：μi=μi0+RTlnαii稱為活度；活度與濃度的比值γ可以反映溶液中粒子間互相作用引起的真實溶液與理想溶液的偏差，稱為活度系數：單種離子的活度往往無法測量，人們只能測出整個電解質的活度，因此引入電解質平均活度和平均活度系數的概念：電解質活度電解質活度α=αv電解質平均活度系數與溶液中的總的離子濃度和離子電荷有關，與離子本性無關。目前，許多電解質溶液的平均活度系數可以從物理化學手冊中查到。問題：請計算0.1mol/kgNa2SO4溶液的平均活度。（查表得到Na2SO4溶液平均活度系數為0.453） μi=μi+nF(Ψ+x)φ=Ψ+xM相內電位μi=μi由于不同金屬逸出功的不等，導致界面出現(xiàn)剩余電荷，形成雙1，分析兩相間出現(xiàn)電位差的原因，并判斷下列相間是否有電位差存在。（1）銅|乙醇（2）金屬鋰|LiClO4/EC2，一個電化學體系中包括哪些相間電位，他們有哪些相同絕對電位：電極（電子導電相）和溶液（離子導電相）之間的內電位差的絕對值ΔMφS絕對電位不可能測量得到。PotentialE銅線E銅線任何一個電極的相對電位等于該電極與標準氫電極所組成的原電池的電上發(fā)生氧化反應，則該電極電位為負值?；瘜W反應與電池反應A+B=ABΔG=ΣΔG(products)-ΣΔG(reactants)化學反應與電池反應AB相為電子導體；ΔG=ΣΔG(products)-ΣΔG(reactants)ΔG=-W=-nFE）：）：Li+C6=LiC6Li+O2=Li2O22Zn+O2=2ZnO）：A+BX=AX+BLi+CuO=Li2O+Cu）：在某些層狀晶體結構（layer-typercrystaxA+BX=AxBX（1-x）Li+CoO2=Li1-xCoO2）：）：利用庫倫滴定技術（Coulometrictitrati）：）：在不考慮阻抗的情況下，輸出電壓Eout可以看做等同于Ethfi+te=1正極：I2+10wt%poly-2-vdE/dT=AS,/aiF=-5.2X10-4V/K），電極經歷多個反應，自由度均為F=2電極經歷多個反應，各個反應不相同LTO體系放電過程隨著反應進行，兩相中組分不變，但兩相的相對數量發(fā)生轉變。表現(xiàn)為兩相界面發(fā)生移動。LiMn2O4電位-組分晶格常數的變化庫倫滴定技術使得在相成分發(fā)生微小變化時，研究每一相的性質變得簡單：可以獲得隨成分而變化的電位以及移動離子的活度。該方法的應用需要做這幾個假設1）電解液只能傳遞離子2）無活性物質的損失3）擴散速率足夠快。平衡和近平衡態(tài)條件下的BinaryElectrodesUnderEquilibriumorNear-EquilibriumConditions相平衡（phaseequilibrium在一定的條件下，當一個多相系統(tǒng)中各相的性質和數量均不隨時間變化時，稱此系統(tǒng)處于相平衡。此時從宏觀上看，沒有物質由一相向另一相的凈遷移，但從微觀上看，不同相間分子轉移并未停止，只是兩個方向的遷移速率相同而已。二元相圖通常是由溫度與合金材料總組分數切勿與可逆過程的概念相混淆！組成的二維圖譜?？赡孢^程是指熱力學系統(tǒng)在狀態(tài)變化時經歷的一種理想過程。熱力學系統(tǒng)由某一狀態(tài)出發(fā)，經過某一過程到達另一狀態(tài)后，如果存在另一過程，它能使系統(tǒng)和外界完全復原，即使系統(tǒng)回到原來狀態(tài)，同時又完全消除原來過程對外界所產生的一切影響，則原來的過程稱為可逆過程。反之，如果無論采用何種辦法都不能使系統(tǒng)和外界完全復原，則原來的過程稱為不可逆過程。二元相圖與電極電位變化關系。（linephases）Eo是純鋰的電位。實驗測得912mV納-硫電池Na(L)/Na-beta-alumina/S(L)1，電池系統(tǒng)的強度性質可以通過熱力學數據和相圖來獲得。（topotactically）；（2）重整反應（reconstitutionreaction）,異相地（heterophase）4，在平衡和準平衡條件下，反應電位與吉布斯自由能變化的4，在平衡和準平衡條件下，反應電位與吉布斯自由能變化的鉛酸電池概述1859年雷蒙德.加斯頓.普朗特（RaymondGastonP鉛酸電池。2鉛酸電池的電池組鉛酸電池組放電曲線鎳氫電池簡介小型鎳氫電池比能量可以達到100Wh/kg,大型電池由75Wh/kg。體積比能量300Wh/L,池市場中50%是鎳氫電池，到2011年該數據降低到22%。(Nov.24,1922–Oct.17,2012)andDVD;氫燃料電池;相轉變存儲器；神將生理學；智能機器；控制論。正極：NiOOH負極：儲氫合金鎳氫電池化學鎳氫電池特性KOH15~20g/L。以圓柱型電池為例： 正極片 負極片外殼PIC元件隔膜卷制接引線插入 正極片 負極片外殼PIC元件封口外包裝封口正極：鋁箔（16~25um）+活性物質~180um負極：銅箔（10~20um）+活性物質~200um隔膜：聚烴烯（16~25um）以18650圓柱型電池為例：正極：12gLiCoO2涂覆在集流體的正反兩面，厚度約7mil負極：6.5ggraphite（容量利用270mAh/g）態(tài)，在使用以前必須進行充電。類型堿性燃料電池磷酸燃料電池質子交換膜燃料電池熔融碳酸鹽燃料電池固體氧化物燃料電池英文簡稱AFCPEMFCMCFCSOFC氫氧化鉀磷酸質子交