第十四講 化學(xué)能源與太陽(yáng)能

1、1化學(xué)與社會(huì)化學(xué)與社會(huì) chemistry and society化學(xué)化工系化學(xué)化工系2第十四講 化學(xué)電源與太陽(yáng)能3能源分類(lèi)一次能源二次能源常規(guī)能源新能源煤制品洗煤，焦炭，煤氣石油制品汽油，煤油，柴油 燃料油，液化石油氣電力，氫能，余熱，沼氣，蒸氣等可再生能源水能非再生能源如煤炭，石油 天然氣，核裂變?nèi)剂峡稍偕茉刺?yáng)能， 風(fēng)能，生物質(zhì)能 非再生能源核聚變?nèi)剂?油頁(yè)巖，油砂4化學(xué)能源化學(xué)能源1太陽(yáng)能太陽(yáng)能2514.1.1 化學(xué)能源概況化學(xué)能源概況化學(xué)能源：將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置，俗稱(chēng)電池電化學(xué)研究對(duì)象主要有：電子導(dǎo)電回路電子導(dǎo)電回路電解池回路電解池回路原電池回路原電池回路6a. volta

2、(伏特）伏特）1745-1827volta pile(1799)14.1.2 電化學(xué)科學(xué)的簡(jiǎn)史電化學(xué)科學(xué)的簡(jiǎn)史 (simplified history of electrochemistry)781799年年 volta 電堆發(fā)明電堆發(fā)明1800年年 nichoson、carlisle用用volta電堆電解水電堆電解水1826年年 發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)ohm定律定律1833年年 發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)faraday定律定律1870年年 helmhotz提出提出雙電層理論雙電層理論1887年年 arrhenius 電離學(xué)說(shuō)電離學(xué)說(shuō)1889年年 nernst提出提出電極電位公式電極電位公式1905年年 tafel氫氫超電勢(shì)

3、超電勢(shì)半經(jīng)驗(yàn)公式半經(jīng)驗(yàn)公式1940年代年代 動(dòng)力學(xué)方法研究雙電層，動(dòng)力學(xué)方法研究雙電層，電極過(guò)程動(dòng)力學(xué)電極過(guò)程動(dòng)力學(xué)1960年代年代 以后以后 量子電化學(xué)量子電化學(xué)914.1.3 電化學(xué)科學(xué)的在實(shí)際生活中的應(yīng)用電化學(xué)科學(xué)的在實(shí)際生活中的應(yīng)用 (application of electrochemistry in life)a. 電化學(xué)工業(yè)電化學(xué)工業(yè)氯堿工業(yè)：氯堿工業(yè)：電解水制氫氣和氧氣電解水制氫氣和氧氣濕法冶金：堿金屬堿土金屬濕法冶金：堿金屬堿土金屬電鍍以及電解加工電鍍以及電解加工10b. 化學(xué)電源化學(xué)電源 zn(s)|znso4|hcl|agcl(s) | ag(s)2( ) zn(s)zn

4、2e ( ) 2agcl(s)2e2ag(s)2cl 凈反應(yīng)2zn(s)2agcl(s)2ag(s)2clzn 11c. 金屬腐蝕與防護(hù)金屬腐蝕與防護(hù)cucufe+h+h- -2e2e2h o2h o2co2so2o2o2+fe電化學(xué)腐蝕示意圖22h h o或鋼材因腐蝕消耗占年產(chǎn)鋼材因腐蝕消耗占年產(chǎn)1/3左右左右美國(guó)美國(guó)1982年用于腐蝕和防腐的費(fèi)用為年用于腐蝕和防腐的費(fèi)用為1260億美元億美元發(fā)達(dá)國(guó)家每年用于防腐的費(fèi)用占發(fā)達(dá)國(guó)家每年用于防腐的費(fèi)用占國(guó)民經(jīng)濟(jì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)4%左右左右12構(gòu)成化學(xué)電源的要素化學(xué)反應(yīng)必須有電子得失，即氧化還原反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)必須有電子得失，即氧化還原反應(yīng)所產(chǎn)生電流必須通過(guò)外

5、電路做功所產(chǎn)生電流必須通過(guò)外電路做功化學(xué)電源的評(píng)價(jià)指標(biāo)電容量電容量比功率比功率自放電率自放電率開(kāi)路與工作電壓開(kāi)路與工作電壓13容量容量電池的容量指在給定的放電條件下，電池電池的容量指在給定的放電條件下，電池初始放電至終止電壓時(shí)所放出的電量。初始放電至終止電壓時(shí)所放出的電量。單位：安時(shí)（單位：安時(shí)（ah）也稱(chēng)額定容量。）也稱(chēng)額定容量。1ah表示用表示用1安培安培 的電流放電的電流放電1小時(shí)。小時(shí)。干電池的容量常用恒定負(fù)載的電阻放電到干電池的容量常用恒定負(fù)載的電阻放電到規(guī)定終止電壓的時(shí)間表示。規(guī)定終止電壓的時(shí)間表示。電池的容量性能用單位體積的容量或單位電池的容量性能用單位體積的容量或單位質(zhì)量的容量

6、（即比容量）來(lái)表示。質(zhì)量的容量（即比容量）來(lái)表示。提高活性物質(zhì)的利用率必須增大或新股遏提高活性物質(zhì)的利用率必須增大或新股遏制的表面積，使之在放電過(guò)程中不鈍化制的表面積，使之在放電過(guò)程中不鈍化14獲得獲得1ah電量所需的活性物質(zhì)質(zhì)量電量所需的活性物質(zhì)質(zhì)量15自放電自放電定義定義：化學(xué)電源在不對(duì)外輸出電流的情況：化學(xué)電源在不對(duì)外輸出電流的情況下消耗活性物質(zhì)的現(xiàn)象下消耗活性物質(zhì)的現(xiàn)象原因原因：活性物質(zhì)內(nèi)與電解質(zhì)中的雜質(zhì)使電：活性物質(zhì)內(nèi)與電解質(zhì)中的雜質(zhì)使電池內(nèi)形成局部電池，局部電池造成電池內(nèi)池內(nèi)形成局部電池，局部電池造成電池內(nèi)部短路，促進(jìn)腐蝕，引起自放電部短路，促進(jìn)腐蝕，引起自放電例如例如：鋅錳干電池

7、：鋅錳干電池電池負(fù)極電池負(fù)極 zn zn2+ + 2e同時(shí)同時(shí) 2h+ + 2e h2凈反應(yīng)凈反應(yīng) zn + 2h+ h2 + zn2+16二次電池充放電二次電池充放電電池反應(yīng)是可逆的，沒(méi)有副反應(yīng)發(fā)生，充電池反應(yīng)是可逆的，沒(méi)有副反應(yīng)發(fā)生，充電時(shí)歐姆電阻小，極化小電時(shí)歐姆電阻小，極化小在水溶液電解質(zhì)的電池中，正極和負(fù)極上在水溶液電解質(zhì)的電池中，正極和負(fù)極上的氧過(guò)電位和氫過(guò)電位高，充電時(shí)，水的的氧過(guò)電位和氫過(guò)電位高，充電時(shí)，水的電解反應(yīng)難于進(jìn)行電解反應(yīng)難于進(jìn)行充放電能量轉(zhuǎn)換是可逆的，活性物質(zhì)的狀充放電能量轉(zhuǎn)換是可逆的，活性物質(zhì)的狀態(tài)能夠很好的再生態(tài)能夠很好的再生17電池的效率電池的效率a、效率的表

8、示方法、效率的表示方法電池總效率：電池總效率： 0 = i v f i = g/ h 100% 最大熱效率最大熱效率 v = v/e 100% 電壓效率電壓效率 f = i/im 100% 法拉第電流效率法拉第電流效率18b、功率與電流密度的關(guān)系、功率與電流密度的關(guān)系電池輸出功率（電池輸出功率（p）：）： p = vi i = s js為電極的面積為電極的面積低電流密度下，低電流密度下，j 0， p = 0高的極限電流密度下，高的極限電流密度下，e 0，p = 019電池電池14.1.4. 電池類(lèi)型電池類(lèi)型利用物質(zhì)的物理變化或化學(xué)變化，并把這些化學(xué)變利用物質(zhì)的物理變化或化學(xué)變化，并把這些化學(xué)變

9、化釋放出來(lái)的能量直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置化釋放出來(lái)的能量直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置物理電池：物理電池：把物理反應(yīng)產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)換為電能的裝置。如太把物理反應(yīng)產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)換為電能的裝置。如太陽(yáng)能電池、原子能電池等陽(yáng)能電池、原子能電池等化學(xué)電池化學(xué)電池把化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。把化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。20電池分類(lèi)電池分類(lèi)物理電池物理電池太陽(yáng)能電池太陽(yáng)能電池原子能電池原子能電池?zé)犭姲l(fā)電器熱電發(fā)電器化學(xué)電池化學(xué)電池活性物質(zhì)固活性物質(zhì)固定在電極上定在電極上一次電池一次電池二次電池（蓄電池）二次電池（蓄電池）活性物質(zhì)連活性物質(zhì)連續(xù)供給電極續(xù)供給電極一次燃料電池一次燃料電池再生型燃料電池再

10、生型燃料電池21化學(xué)電池的組成化學(xué)電池的組成14.1.5. 化學(xué)電池的反應(yīng)化學(xué)電池的反應(yīng)正極、負(fù)極、電解質(zhì)。正極、負(fù)極、電解質(zhì)。其中電解質(zhì)可以是酸性水溶液、堿性水溶液或各種其中電解質(zhì)可以是酸性水溶液、堿性水溶液或各種鹽類(lèi)的中性水溶液，也有部分非水溶液、熔融鹽或鹽類(lèi)的中性水溶液，也有部分非水溶液、熔融鹽或固體電解質(zhì)固體電解質(zhì)負(fù)極：負(fù)極： n1 n2 + ne化學(xué)電池反應(yīng)化學(xué)電池反應(yīng)正極：正極： p1 + ne p2凈反應(yīng)：凈反應(yīng)： p1 + n1 n2 + p222一次電池：將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔懿⑤敵龅囊淮坞姵兀簩⒒瘜W(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔懿⑤敵龅难b置，一旦化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，就不能通裝置，一旦化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡?/p>

11、能，就不能通過(guò)該裝置將電能再轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能，即化學(xué)過(guò)該裝置將電能再轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能，即化學(xué)反應(yīng)是不可逆的。反應(yīng)是不可逆的。一次電池分類(lèi)一次電池分類(lèi)干電池干電池濕電池濕電池注液電池注液電池糊狀干電池糊狀干電池紙板干電池紙板干電池堿性干電池堿性干電池14.2. 一次電池一次電池23各種干電池性能比較各種干電池性能比較電池名稱(chēng)電池構(gòu)成額定電壓正極活性物質(zhì)電解質(zhì)負(fù)極活性物質(zhì)鋅錳干電池mno2nh4cl,zncl2zn1.5v汞電池hgokoh(zno)zn1.2v堿錳干電池mno2koh(zno)zn1.2v氧化銀電池agokoh(zno)zn1.5v氯化銀電池agcl海水mg1.4v空氣電池空氣/活性炭k

12、oh(zno)或nh4clzn1.3v2414.2.1. 錳干電池錳干電池25電池表示：電池表示：(-)zn | nh4cl + zncl2混合溶液混合溶液(淀粉糊化淀粉糊化) | mno2 + c(+) 在中性介質(zhì)中：在中性介質(zhì)中：nh4clzncl2以nh4cl為主： zn22nh4clzn(nh3)2cl22h以zncl2為主： 4 zn29 h2o zncl2zncl24zno5h2oh2614.2.2.堿錳電池堿錳電池電池表示：電池表示：(-)zn(鋅汞齊鋅汞齊) | naoh或或koh(30%40%)水水溶液溶液 + zno | mno2 + c(+) 在堿性介質(zhì)中：在堿性介質(zhì)中：

13、koh溶液 zn22ohzn(oh)2 znoh2o zn(oh)22kohk2zno22 h2o 或 zno2 kohk2zno2h2o2714.2.3.銀鋅電池銀鋅電池電池表示：電池表示：(-)zn| koh | ag2o, ago(+) 1883年經(jīng)年經(jīng)clarke改裝推出，改裝推出，1941年年henry采用采用玻璃紙隔膜，玻璃紙隔膜，4050%koh做電解液制得做電解液制得電極反應(yīng)及電池反應(yīng)電極反應(yīng)及電池反應(yīng)正極 ag2o + h2o + 2e 2ag + 2oh- 負(fù)極 zn + 2oh- zno + h2o + 2e總反應(yīng) zn + ag2o ag + zno2814.2.4.燃

14、料電池燃料電池負(fù)極：負(fù)極： h2 + 2oh- 2h2o + 2e正極：正極： o2 +h2o +2e 2oh-凈反應(yīng)：凈反應(yīng)： h2 + o2 h2oe = e + rt/nf ln (a2h2o/p2h2 po2) g = -nfe29特點(diǎn)特點(diǎn)a、能量轉(zhuǎn)變化效率高、能量轉(zhuǎn)變化效率高汽油柴油發(fā)電機(jī)：汽油柴油發(fā)電機(jī)：3540%太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換裝置：太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換裝置：1535%核能轉(zhuǎn)換裝置：理論核能轉(zhuǎn)換裝置：理論60%，實(shí)際，實(shí)際1%燃料電池：理論燃料電池：理論80%，實(shí)際，實(shí)際6070%2001年我國(guó)單機(jī)年我國(guó)單機(jī)6000千瓦及以上電廠熱效率千瓦及以上電廠熱效率僅為僅為35.09 30澳新型聚光太陽(yáng)能

15、光伏發(fā)電裝置光電轉(zhuǎn)換率達(dá)澳新型聚光太陽(yáng)能光伏發(fā)電裝置光電轉(zhuǎn)換率達(dá)35%(圖圖) 據(jù)俄羅斯媒體11月4日?qǐng)?bào)道，澳大利亞的“綠金能源”公司日前推出了其研制的最新型太陽(yáng)能發(fā)電裝置“太陽(yáng)球”。 太陽(yáng)能電池板是一種非常誘人的電能生產(chǎn)裝置，但它們同時(shí)也具有明顯的缺陷：相對(duì)便宜的太陽(yáng)能電池板往往效率很低，無(wú)法生產(chǎn)出足夠的電能；而高效的太陽(yáng) 能電池板卻又十分昂貴，無(wú)法在普通消費(fèi)者中推廣?！熬G金能源”公司研制的“太陽(yáng)球”很好地解決了這一問(wèn)題它可為那些生活在山區(qū)的居民提供充足且廉價(jià)的 電能。據(jù)介紹，“太陽(yáng)球”使用的光電轉(zhuǎn)換裝置的工作效率高達(dá)35%，并且其面積只有約1平方厘米。 “太陽(yáng)球”的表面是一片直徑為1.13

16、米的由丙烯酸酯制成的凸透鏡。它可將陽(yáng)光“濃縮”500倍后再投放到光電轉(zhuǎn)換器上。整套設(shè)備都被安裝在了一個(gè)鋁 制支架上，以便及時(shí)地為太陽(yáng)能電池板降溫。此外，“太陽(yáng)球”上還配備有一套雙坐標(biāo)驅(qū)動(dòng)設(shè)備，能夠跟蹤太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)并調(diào)整透鏡的朝向。即使考慮到陽(yáng)光在通過(guò)透 鏡時(shí)的損失，這套裝置將光轉(zhuǎn)換為電能的效率仍可達(dá)到33%。測(cè)試表明，在晴朗的日子里一部“太陽(yáng)球”的發(fā)電功率可以達(dá)到330瓦，換句話說(shuō)，它每天平均可“收集”超過(guò)3度的電能。 預(yù)計(jì)這種新型的太陽(yáng)能發(fā)電裝置將在2006年2月份投放市場(chǎng)，零售價(jià)初步定為1190美元。同年6月份，該產(chǎn)品還將實(shí)現(xiàn)出口?！疤?yáng)球”的研制者表示，如果考慮到每平方米太陽(yáng)能電池板740

17、00美元的高昂價(jià)格，1190美元的售價(jià)可以說(shuō)是相當(dāng)?shù)牧畠r(jià)了。 聚光太陽(yáng)電池是降低太陽(yáng)電池利用總成本的一種措施。它通過(guò)聚光器而使較大面積的陽(yáng)光會(huì)聚在一個(gè)較小的范圍內(nèi)，形成焦斑或焦帶，并將太陽(yáng)電池置 于這種焦斑或焦帶上，以增加光強(qiáng)，克服太陽(yáng)輻射能流密度低的缺陷，從而獲得更多的電能輸出。因此，首先要考慮聚光器的結(jié)構(gòu)、跟蹤裝置和散熱措施。 通常聚光器的倍率大于幾十，其結(jié)構(gòu)可采用反射式或透鏡式。反射式有槽形平面聚光器和拋物面聚光器；透鏡式則多選用菲涅耳透鏡。聚光器的跟蹤一般用光電自動(dòng)跟蹤。散熱方式可以是氣冷或水冷，有的與熱水器結(jié)合，既獲得電能，又得到熱水。 用于聚光太陽(yáng)電池的單體，與普通太陽(yáng)電池略有不同

18、，因需耐高倍率的太陽(yáng)輻射，特別是在較高溫度下的光電轉(zhuǎn)換性能要得到保證，故在半導(dǎo)體材料選擇、電池 結(jié)構(gòu)和柵線設(shè)計(jì)等方面都要進(jìn)行一些特殊考慮。最理想的制造聚光太陽(yáng)電池的材料為砷化鎵，因?yàn)樗慕麕挾群洼d流子濃度均適合于在強(qiáng)光下工作。其次是單晶硅 材料。在電池結(jié)構(gòu)方面，聚光電池的-結(jié)構(gòu)要求較深，普通太陽(yáng)電池多用平面結(jié)構(gòu)，而聚光太陽(yáng)電池常采用垂直結(jié)構(gòu)，以減少串聯(lián)電阻的影響。同時(shí)，聚光電池 的柵線也較密，典型的聚光電池的柵線約占電池面積的10%. 31b、低污染、低污染氫氣作為儲(chǔ)能物質(zhì)時(shí)產(chǎn)物只有水氫氣作為儲(chǔ)能物質(zhì)時(shí)產(chǎn)物只有水用富氫氣體用富氫氣體(化石燃料制備化石燃料制備)做燃料時(shí)，做燃料時(shí)，co2少少4

19、0%其它燃料，也不存在其它燃料，也不存在so2，nox，粉塵等污染，粉塵等污染32c、低噪音，安裝靈活，積木化強(qiáng)，占地面積小、低噪音，安裝靈活，積木化強(qiáng)，占地面積小d、儲(chǔ)能物質(zhì)選擇范圍寬、儲(chǔ)能物質(zhì)選擇范圍寬e、負(fù)荷響應(yīng)快，負(fù)荷響應(yīng)快，工作可靠性好，運(yùn)行質(zhì)量高工作可靠性好，運(yùn)行質(zhì)量高f、運(yùn)行成本高，難以普及、運(yùn)行成本高，難以普及g、高溫工作時(shí)電池壽命短，穩(wěn)定性差、高溫工作時(shí)電池壽命短，穩(wěn)定性差h、缺乏完善的燃料供應(yīng)體系、缺乏完善的燃料供應(yīng)體系33發(fā)展史發(fā)展史a、1838年瑞士科學(xué)家年瑞士科學(xué)家schonbein發(fā)現(xiàn)原理發(fā)現(xiàn)原理b、1839年英國(guó)科學(xué)家年英國(guó)科學(xué)家grove按電解水逆過(guò)按電解水逆過(guò)

20、程設(shè)計(jì)出第一個(gè)燃料電池程設(shè)計(jì)出第一個(gè)燃料電池c、1889年年mond和和langer制得氫氧燃料電制得氫氧燃料電池，獲得池，獲得0.73v的工作電壓的工作電壓d、1894年年ostward從理論上論證了燃料電從理論上論證了燃料電池的效率為池的效率為5080%e、1959年年bacon制造出可以實(shí)際工作的堿制造出可以實(shí)際工作的堿性燃料電池性燃料電池f、1962年燃料電池用于太空任務(wù)年燃料電池用于太空任務(wù)g、1972年杜邦公司研制出高分子電解質(zhì)隔膜年杜邦公司研制出高分子電解質(zhì)隔膜34二次電池的質(zhì)量比能量和體積比能量一般低于一次電池二次電池的質(zhì)量比能量和體積比能量一般低于一次電池分類(lèi)電池名稱(chēng)電池構(gòu)成

21、額定電壓/v正極活性物質(zhì)電解質(zhì)負(fù)極活性物質(zhì)二次電池鉛酸蓄電池 pbo2h2so4pb2.0鎳鎘蓄電池 ni2o3kohcd1.2鎳鐵蓄電池 ni2o3kohfe1.2銀鋅電池agokoh(zno) zn1.5銀鎘電池agokohcd1.1堿錳電池mno2koh(zno) zn1.5鎳氫電池ni2o3kohh2或金屬氫化物1.214.3. 二次電池二次電池3510.3.1. 鉛蓄電池鉛蓄電池鉛蓄電池的應(yīng)用：鉛蓄電池的應(yīng)用：機(jī)動(dòng)車(chē)輛、備用電源、電站負(fù)荷調(diào)整、電動(dòng)機(jī)動(dòng)車(chē)輛、備用電源、電站負(fù)荷調(diào)整、電動(dòng)工具電源工具電源鉛蓄電池的分類(lèi)：鉛蓄電池的分類(lèi)：開(kāi)放式開(kāi)放式：外殼上有排氣孔，電解液會(huì)減少，：外殼上

22、有排氣孔，電解液會(huì)減少，須檢查，加水加酸維護(hù)須檢查，加水加酸維護(hù)免維護(hù)密封式免維護(hù)密封式：用高析氫過(guò)電位鉛合金，幾：用高析氫過(guò)電位鉛合金，幾乎沒(méi)有水電解，在整個(gè)使用壽命期，不需維乎沒(méi)有水電解，在整個(gè)使用壽命期，不需維護(hù)護(hù)36鉛蓄電池的表示：鉛蓄電池的表示：pb | h2so4 | pbo2，pb放電時(shí)：放電時(shí)：電池總反應(yīng)為：pb + pbo2+2h2so4 2pbso4 +2h2o負(fù)極：pb + so42- pbso4 +2e正極：pbo2 + so42- + 4h+ + 2e pbso4 +2h2o充電時(shí)：充電時(shí)：負(fù)極： pbso4 (固體) pbso4 (液體) pb2+ + so42-+

23、2e pb電池總反應(yīng)為：2pbso4 +2h2o pb + pbo2+2h2so4正極： pbso4 +2h2o pbo2 + so42- + 4h+ + 2e3710.3.2. 堿性蓄電池堿性蓄電池(以以koh等水溶液為電解質(zhì)等水溶液為電解質(zhì))堿性蓄電池的正負(fù)極反應(yīng)堿性蓄電池的正負(fù)極反應(yīng)電極種類(lèi)電極反應(yīng)j/v理論放電容量(g/ah)正極氫氧化鎳 niooh+h2o+e=ni(oh)2+oh-0.522.46氧化銀2ago+h2o+2e=ag2o+2oh-0.6044.63ag2o+h2o+2e=2ag+2oh-0.3424.34空氣o2+h2o+2e=o2h-+oh-0.76-o2+h2o+

24、4e=4o2h-+oh-0.401負(fù)極鐵fe+2oh- =fe(oh)2+2e-0.861.04鎘cd+2oh- =cd(oh)2+2e-0.7982.09鋅zn+2oh- =zn(oh)2+2e-1.2451.2238堿性蓄電池的電池反應(yīng)堿性蓄電池的電池反應(yīng)種類(lèi)電極反應(yīng)開(kāi)路電壓/v鎳-鎘電池2niooh+2h2o+cd=2ni(oh)2+cd(oh)21.329鎳-鐵電池2niooh+2h2o+fe=2ni(oh)2+fe(oh)21.397鎳-鋅電池2niooh+2h2o+zn=2ni(oh)2+zn(oh)21.765氧化銀-鋅電池2ago+2h2o+zn=zn(oh)2+ag2o1.8

25、15ag2o+2h2o+zn=zn(oh)2+2ag1.589氧化銀-鎘電池2ago+2h2o+cd=cd(oh)2+ag2o1.379ag2o+2h2o+cd=cd(oh)2+2ag1.153空氣-鋅電池o2+2zn=2zno1.646鎳-氫電池2niooh+2h2 =2ni(oh)21.23鎳-鋅電池2niooh+2mh=2ni(oh)2+2m1.233940化學(xué)能源化學(xué)能源1太陽(yáng)能太陽(yáng)能241what is solar energy? originates with the thermonuclear fusion reactions occurring in the sun. repr

26、esents the entire electromagnetic radiation (visible light, infrared, ultraviolet, x-rays, and radio waves).42renewable energy possibilities1.2 105tw on earths surface36,000 tw on land (world)biomass5-7 tw gross (world)0.29% efficiency for all cultivatable land not used for foodhydroelectric4.6 tw g

27、ross (world)1.6 tw technically feasiblewind2-4 tw extractabletide/ocean currents 2 tw grossgeothermmal9.7 tw gross (world) 0.6 tw gross (us)(small fraction technically feasible)43大面積利用太陽(yáng)能的困難a.太陽(yáng)輻射強(qiáng)度受季節(jié)影響較大b.現(xiàn)有技術(shù)光電轉(zhuǎn)化效率低下c.光化合反應(yīng)或作用速度較慢，不易集中儲(chǔ)備44 1954 1954年世界第一塊實(shí)用化太陽(yáng)能電池在美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室問(wèn)世，幷首先應(yīng)年世界第一塊實(shí)用化太陽(yáng)能電池在美國(guó)貝爾

28、實(shí)驗(yàn)室問(wèn)世，幷首先應(yīng)用于空間技術(shù)。當(dāng)時(shí)太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率為用于空間技術(shù)。當(dāng)時(shí)太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率為8 8。19731973年世界爆發(fā)石年世界爆發(fā)石油危機(jī)，從此之后，人們普遍對(duì)于太陽(yáng)能電池關(guān)注，近油危機(jī)，從此之后，人們普遍對(duì)于太陽(yáng)能電池關(guān)注，近1010幾年來(lái)，隨著幾年來(lái)，隨著世界能源短缺和環(huán)境污染等問(wèn)題日趨嚴(yán)重，太陽(yáng)能電池的清潔性、安全世界能源短缺和環(huán)境污染等問(wèn)題日趨嚴(yán)重，太陽(yáng)能電池的清潔性、安全性、長(zhǎng)壽命，免維護(hù)以及資源可再生性等優(yōu)點(diǎn)更加顯現(xiàn)。一些發(fā)達(dá)國(guó)家性、長(zhǎng)壽命，免維護(hù)以及資源可再生性等優(yōu)點(diǎn)更加顯現(xiàn)。一些發(fā)達(dá)國(guó)家制定了一系列鼓舞光伏發(fā)電的優(yōu)惠政策，幷實(shí)施龐大的光伏工程計(jì)劃，制定了一系列鼓

29、舞光伏發(fā)電的優(yōu)惠政策，幷實(shí)施龐大的光伏工程計(jì)劃，為太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造了良好的發(fā)展機(jī)遇和巨大的市場(chǎng)空間，太陽(yáng)能電為太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造了良好的發(fā)展機(jī)遇和巨大的市場(chǎng)空間，太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了高速發(fā)展時(shí)期，幷帶動(dòng)了上游多晶硅材料業(yè)和下游太陽(yáng)能池產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了高速發(fā)展時(shí)期，幷帶動(dòng)了上游多晶硅材料業(yè)和下游太陽(yáng)能電池設(shè)備業(yè)的發(fā)展。在電池設(shè)備業(yè)的發(fā)展。在1997199720062006年的年的1010年中，世界光伏產(chǎn)業(yè)擴(kuò)大了年中，世界光伏產(chǎn)業(yè)擴(kuò)大了2020倍，今后倍，今后1010年世界光伏產(chǎn)業(yè)仍以每年年世界光伏產(chǎn)業(yè)仍以每年3030以上的增長(zhǎng)速度發(fā)展。以上的增長(zhǎng)速度發(fā)展。太陽(yáng)能電池的發(fā)展歷史太陽(yáng)能電池的發(fā)展歷史45

30、世界太陽(yáng)能電池發(fā)展的主要節(jié)點(diǎn)世界太陽(yáng)能電池發(fā)展的主要節(jié)點(diǎn)1954 美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明單晶硅太陽(yáng)能電池，效率為美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明單晶硅太陽(yáng)能電池，效率為61955 第一個(gè)第一個(gè)光伏航標(biāo)燈光伏航標(biāo)燈問(wèn)世，美國(guó)問(wèn)世，美國(guó)rca發(fā)明發(fā)明ga as太陽(yáng)能電池太陽(yáng)能電池1958 太陽(yáng)能電池首次裝備于美國(guó)先鋒太陽(yáng)能電池首次裝備于美國(guó)先鋒1號(hào)衛(wèi)星，轉(zhuǎn)換效率為號(hào)衛(wèi)星，轉(zhuǎn)換效率為8。1959 第一個(gè)單晶硅太陽(yáng)能電池問(wèn)世。第一個(gè)單晶硅太陽(yáng)能電池問(wèn)世。1960 太陽(yáng)能電池首次實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池首次實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行。運(yùn)行。1974 突破反射絨面技術(shù)，硅太陽(yáng)能電池效率達(dá)到突破反射絨面技術(shù)，硅太陽(yáng)能電池效率達(dá)到18。1975

31、非晶硅及帶硅太陽(yáng)能電池問(wèn)世非晶硅及帶硅太陽(yáng)能電池問(wèn)世1978 美國(guó)建成美國(guó)建成100kw光伏電站光伏電站1980 單晶硅太陽(yáng)能電池效率達(dá)到單晶硅太陽(yáng)能電池效率達(dá)到20多晶硅為多晶硅為14.5，ga as為為22.51986 美國(guó)建成美國(guó)建成6.5kw光伏電站光伏電站1990 德國(guó)提出德國(guó)提出“2000光伏屋頂計(jì)劃光伏屋頂計(jì)劃”1995 高效聚光高效聚光ga as太陽(yáng)能電池問(wèn)世，效率達(dá)太陽(yáng)能電池問(wèn)世，效率達(dá)32。1997 美國(guó)提出美國(guó)提出“克林頓總統(tǒng)百萬(wàn)太陽(yáng)能屋頂計(jì)劃，日本提出克林頓總統(tǒng)百萬(wàn)太陽(yáng)能屋頂計(jì)劃，日本提出“新陽(yáng)光計(jì)劃新陽(yáng)光計(jì)劃”1998 單晶硅太陽(yáng)能電池效率達(dá)到單晶硅太陽(yáng)能電池效率達(dá)到

32、24.7，荷蘭提出，荷蘭提出“百萬(wàn)光伏屋頂計(jì)劃百萬(wàn)光伏屋頂計(jì)劃”2000 世界太陽(yáng)能電池總產(chǎn)量達(dá)世界太陽(yáng)能電池總產(chǎn)量達(dá)287mw，歐洲計(jì)劃，歐洲計(jì)劃2010年生產(chǎn)年生產(chǎn)60億瓦光伏億瓦光伏電池電池46太陽(yáng)能電池發(fā)電原理47并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)及工作原理48 上世紀(jì)上世紀(jì)6060年代，科學(xué)家們就已經(jīng)將太陽(yáng)電池應(yīng)用于空間技年代，科學(xué)家們就已經(jīng)將太陽(yáng)電池應(yīng)用于空間技術(shù)術(shù)通信衛(wèi)星供電，上世紀(jì)末，在人類(lèi)不斷自我反省的過(guò)通信衛(wèi)星供電，上世紀(jì)末，在人類(lèi)不斷自我反省的過(guò)程中，對(duì)于光伏發(fā)電這種如此清潔和直接的能源形式已愈加程中，對(duì)于光伏發(fā)電這種如此清潔和直接的能源形式已愈加親切，不僅在空間應(yīng)用，在眾多領(lǐng)域中也大顯身手。

33、如：太親切，不僅在空間應(yīng)用，在眾多領(lǐng)域中也大顯身手。如：太陽(yáng)能庭院燈、太陽(yáng)能發(fā)電戶用系統(tǒng)、村寨供電的獨(dú)立系統(tǒng)、陽(yáng)能庭院燈、太陽(yáng)能發(fā)電戶用系統(tǒng)、村寨供電的獨(dú)立系統(tǒng)、光伏水泵（飲水或灌溉）、通信電源、石油輸油管道陰極保光伏水泵（飲水或灌溉）、通信電源、石油輸油管道陰極保護(hù)、光纜通信泵站電源、海水淡化系統(tǒng)、城鎮(zhèn)中路標(biāo)、高速護(hù)、光纜通信泵站電源、海水淡化系統(tǒng)、城鎮(zhèn)中路標(biāo)、高速公路路標(biāo)等。歐美等先進(jìn)國(guó)家將光伏發(fā)電并入城市用電系統(tǒng)公路路標(biāo)等。歐美等先進(jìn)國(guó)家將光伏發(fā)電并入城市用電系統(tǒng)及邊遠(yuǎn)地區(qū)自然界村落供電系統(tǒng)納入發(fā)展方向。太陽(yáng)電池與及邊遠(yuǎn)地區(qū)自然界村落供電系統(tǒng)納入發(fā)展方向。太陽(yáng)電池與建筑系統(tǒng)的結(jié)合已經(jīng)形成

34、產(chǎn)業(yè)化趨勢(shì)建筑系統(tǒng)的結(jié)合已經(jīng)形成產(chǎn)業(yè)化趨勢(shì) 太陽(yáng)能電池的應(yīng)用太陽(yáng)能電池的應(yīng)用49power tower in barstow, california.power towers50 用戶太陽(yáng)能電源用戶太陽(yáng)能電源 小型電源小型電源10-100w10-100w不等，用于邊遠(yuǎn)無(wú)電地區(qū)如高原、不等，用于邊遠(yuǎn)無(wú)電地區(qū)如高原、海島、牧區(qū)、邊防哨所等軍民生活用電，如照明、海島、牧區(qū)、邊防哨所等軍民生活用電，如照明、電視、收錄機(jī)等電視、收錄機(jī)等 太陽(yáng)能電源太陽(yáng)能電源 太陽(yáng)能逆變器太陽(yáng)能逆變器513-5kw3-5kw家庭屋頂并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)；家庭屋頂并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)；52光伏水泵：解決無(wú)電地區(qū)的深水井飲用、灌溉光伏水泵：

35、解決無(wú)電地區(qū)的深水井飲用、灌溉53 交通領(lǐng)域交通領(lǐng)域 如航標(biāo)燈、交通如航標(biāo)燈、交通/ /鐵路信號(hào)燈、交通警示鐵路信號(hào)燈、交通警示/ /標(biāo)志燈、標(biāo)志燈、路燈、高空障礙燈、高速公路路燈、高空障礙燈、高速公路/ /鐵路無(wú)線電話亭、鐵路無(wú)線電話亭、無(wú)人值守道班供電等。無(wú)人值守道班供電等。54 通訊通訊/ /通信領(lǐng)域通信領(lǐng)域 太陽(yáng)能無(wú)人值守微波中繼站、光纜維護(hù)站、廣播太陽(yáng)能無(wú)人值守微波中繼站、光纜維護(hù)站、廣播/ /通訊通訊/ /尋呼電源系統(tǒng)；農(nóng)村載波電話光伏系統(tǒng)、小尋呼電源系統(tǒng)；農(nóng)村載波電話光伏系統(tǒng)、小型通信機(jī)、士兵型通信機(jī)、士兵gpsgps供電等。供電等。55 石油、海洋、氣象領(lǐng)域石油、海洋、氣象領(lǐng)域

36、 石油管道和水庫(kù)閘門(mén)陰極保護(hù)太陽(yáng)能電源系統(tǒng)、石石油管道和水庫(kù)閘門(mén)陰極保護(hù)太陽(yáng)能電源系統(tǒng)、石油鉆井平臺(tái)生活及應(yīng)急電源、海洋檢測(cè)設(shè)備、氣象油鉆井平臺(tái)生活及應(yīng)急電源、海洋檢測(cè)設(shè)備、氣象/ /水文觀測(cè)設(shè)備等水文觀測(cè)設(shè)備等 風(fēng)云三號(hào)氣象衛(wèi)星的太陽(yáng)能電池風(fēng)云三號(hào)氣象衛(wèi)星的太陽(yáng)能電池56光伏航標(biāo)燈57海洋氣象監(jiān)測(cè)標(biāo)58 家庭燈具電源家庭燈具電源如庭院燈、路燈、手提燈、野營(yíng)燈、登山燈、垂釣燈、如庭院燈、路燈、手提燈、野營(yíng)燈、登山燈、垂釣燈、黑光燈、割膠燈、節(jié)能燈等。黑光燈、割膠燈、節(jié)能燈等。59 光伏電站光伏電站10kw-50mw10kw-50mw獨(dú)立光伏電站、風(fēng)光（柴）互補(bǔ)電站、各獨(dú)立光伏電站、風(fēng)光（柴）互補(bǔ)電站、各種大型停車(chē)廠充電站等。種大型停車(chē)廠充電站等。60parabolic dishes and troughsbecause they work best under direct sunlight, parabolic dishes and troughs must be steered throughout the day in the direction of the sun.collectors in southern ca.61太陽(yáng)能使用現(xiàn)狀與預(yù)測(cè)62global cumulative pv power/fileadmin/epi