2024版 電化學(xué)儲(chǔ)能基本知識(shí)培訓(xùn)教材

pinghe@?1799年物理學(xué)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(jī)發(fā)明，促進(jìn)電化學(xué)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(xué)成為一門(mén)獨(dú)立的學(xué)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(xué)說(shuō)；?1889年能斯特（Nernst）提出電極電位公式，對(duì)電化學(xué)熱力學(xué)巨大貢獻(xiàn)；?1905年塔菲爾（Tafel）提出電流密度與氫過(guò)電位之間的半對(duì)數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式；?1940s弗魯姆金(Фрумкин)學(xué)派在電化學(xué)動(dòng)力學(xué)和雙電層結(jié)構(gòu)研究方面取得重大進(jìn)展；格萊亨（Grahame）通過(guò)滴汞電極系統(tǒng)地研究?jī)深悓?dǎo)體界面。?1960s電化學(xué)學(xué)科迅速發(fā)展，非穩(wěn)態(tài)傳質(zhì)過(guò)程動(dòng)力學(xué)、復(fù)雜電極過(guò)程動(dòng)力學(xué)理論發(fā)展；交流阻抗法、暫態(tài)測(cè)試方法、線性電位掃描法、旋轉(zhuǎn)環(huán)盤(pán)電極系統(tǒng)等都有了突破性的發(fā)展；?近20年來(lái)，電池化學(xué)、量子電化學(xué)、光譜電化學(xué)、納米電化學(xué)均有很大發(fā)展。第一類導(dǎo)體：依靠物體內(nèi)部自由電子的定向運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)電的物體，即載流子為自由電子（或空穴）的導(dǎo)體，叫做電子導(dǎo)體，也稱為第一類導(dǎo)體。第二類導(dǎo)體：凡是依靠物體內(nèi)部離子運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)電的導(dǎo)體叫做離子導(dǎo)體，也稱為第二類導(dǎo)體。如，電解質(zhì)溶液、熔融鹽、固體電解質(zhì)等。回路中，電荷的連續(xù)流動(dòng)是依靠在兩類導(dǎo)體界面上兩種不同載流子之間的電荷轉(zhuǎn)移來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由兩類不同導(dǎo)體組成，在電荷轉(zhuǎn)移時(shí)不可避免的伴隨物質(zhì)變化的體系，稱為電化學(xué)體系。這是電化學(xué)包括電化學(xué)儲(chǔ)能科學(xué)研究的對(duì)象。兩類導(dǎo)體界面上發(fā)生的氧化還原反應(yīng)稱為電極反應(yīng)。常常把電化學(xué)體系中發(fā)生的、伴隨電荷轉(zhuǎn)移的化學(xué)反應(yīng)統(tǒng)稱為物理化學(xué)中已經(jīng)學(xué)過(guò)，理想溶液中組分i的化學(xué)勢(shì)等溫式為：yi為i的摩爾分?jǐn)?shù)，R為摩爾氣體常數(shù)，T為熱力學(xué)溫度。真實(shí)溶液中的性質(zhì)與理想溶液有一定偏差，引入一個(gè)新參數(shù)αi來(lái)表達(dá)真實(shí)溶液中的化學(xué)勢(shì)：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(shí)溶液與理想溶液的偏差，稱為活度系數(shù)：?jiǎn)畏N離子的活度往往無(wú)法測(cè)量，人們只能測(cè)出整個(gè)電解質(zhì)的活度，因此引入電解質(zhì)平均活度和平均活度系數(shù)的概念：電解質(zhì)活度電解質(zhì)活度α=αv電解質(zhì)平均活度系數(shù)與溶液中的總的離子濃度和離子電荷有關(guān)，與離子本性無(wú)關(guān)。目前，許多電解質(zhì)溶液的平均活度系數(shù)可以從物理化學(xué)手冊(cè)中查到。問(wèn)題：請(qǐng)計(jì)算0.1mol/kgNa2SO4溶液的平均活度。（查表得到Na2SO4溶液平均活度系數(shù)為0.453） μi=μi+nF(Ψ+x)φ=Ψ+xM相內(nèi)電位μi=μi由于不同金屬逸出功的不等，導(dǎo)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(gè)電化學(xué)體系中包括哪些相間電位，他們有哪些相同絕對(duì)電位：電極（電子導(dǎo)電相）和溶液（離子導(dǎo)電相）之間的內(nèi)電位差的絕對(duì)值ΔMφS絕對(duì)電位不可能測(cè)量得到。PotentialE銅線E銅線任何一個(gè)電極的相對(duì)電位等于該電極與標(biāo)準(zhǔn)氫電極所組成的原電池的電上發(fā)生氧化反應(yīng)，則該電極電位為負(fù)值?；瘜W(xué)反應(yīng)與電池反應(yīng)A+B=ABΔG=ΣΔG(products)-ΣΔG(reactants)化學(xué)反應(yīng)與電池反應(yīng)AB相為電子導(dǎo)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(jié)構(gòu)（layer-typercrystaxA+BX=AxBX（1-x）Li+CoO2=Li1-xCoO2）：）：利用庫(kù)倫滴定技術(shù)（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(jīng)歷多個(gè)反應(yīng)，自由度均為F=2電極經(jīng)歷多個(gè)反應(yīng)，各個(gè)反應(yīng)不相同LTO體系放電過(guò)程隨著反應(yīng)進(jìn)行，兩相中組分不變，但兩相的相對(duì)數(shù)量發(fā)生轉(zhuǎn)變。表現(xiàn)為兩相界面發(fā)生移動(dòng)。LiMn2O4電位-組分晶格常數(shù)的變化庫(kù)倫滴定技術(shù)使得在相成分發(fā)生微小變化時(shí)，研究每一相的性質(zhì)變得簡(jiǎn)單：可以獲得隨成分而變化的電位以及移動(dòng)離子的活度。該方法的應(yīng)用需要做這幾個(gè)假設(shè)1）電解液只能傳遞離子2）無(wú)活性物質(zhì)的損失3）擴(kuò)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(dāng)一個(gè)多相系統(tǒng)中各相的性質(zhì)和數(shù)量均不隨時(shí)間變化時(shí)，稱此系統(tǒng)處于相平衡。此時(shí)從宏觀上看，沒(méi)有物質(zhì)由一相向另一相的凈遷移，但從微觀上看，不同相間分子轉(zhuǎn)移并未停止，只是兩個(gè)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?jǐn)?shù)切勿與可逆過(guò)程的概念相混淆！組成的二維圖譜?？赡孢^(guò)程是指熱力學(xué)系統(tǒng)在狀態(tài)變化時(shí)經(jīng)歷的一種理想過(guò)程。熱力學(xué)系統(tǒng)由某一狀態(tài)出發(fā)，經(jīng)過(guò)某一過(guò)程到達(dá)另一狀態(tài)后，如果存在另一過(guò)程，它能使系統(tǒng)和外界完全復(fù)原，即使系統(tǒng)回到原來(lái)狀態(tài)，同時(shí)又完全消除原來(lái)過(guò)程對(duì)外界所產(chǎn)生的一切影響，則原來(lái)的過(guò)程稱為可逆過(guò)程。反之，如果無(wú)論采用何種辦法都不能使系統(tǒng)和外界完全復(fù)原，則原來(lái)的過(guò)程稱為不可逆過(guò)程。二元相圖與電極電位變化關(guān)系。（linephases）Eo是純鋰的電位。實(shí)驗(yàn)測(cè)得912mV納-硫電池Na(L)/Na-beta-alumina/S(L)1，電池系統(tǒng)的強(qiáng)度性質(zhì)可以通過(guò)熱力學(xué)數(shù)據(jù)和相圖來(lái)獲得。（topotactically）；（2）重整反應(yīng)（reconstitutionreaction）,異相地（heterophase）4，在平衡和準(zhǔn)平衡條件下，反應(yīng)電位與吉布斯自由能變化的4，在平衡和準(zhǔn)平衡條件下，反應(yīng)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(jiǎn)介小型鎳氫電池比能量可以達(dá)到100Wh/kg,大型電池由75Wh/kg。體積比能量300Wh/L,池市場(chǎng)中50%是鎳氫電池，到2011年該數(shù)據(jù)降低到22%。(Nov.24,1922–Oct.17,2012)andDVD;氫燃料電池;相轉(zhuǎn)變存儲(chǔ)器；神將生理學(xué)；智能機(jī)器；控制論。正極：NiOOH負(fù)極：儲(chǔ)氫合金鎳氫電池化學(xué)鎳氫電池特性KOH15~20g/L。以圓柱型電池為例： 正極片 負(fù)極片外殼PIC元件隔膜卷制接引線插入 正極片 負(fù)極片外殼PIC元件封口外包裝封口正極：鋁箔（16~25um）+活性物質(zhì)~180um負(fù)極：銅箔（10~20um）+活性物質(zhì)~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(fù)極：6.5ggraphite（容量利用270mAh/g）態(tài)，在使用以前必須進(jìn)行充電。類型堿性燃料電池磷酸燃料電池質(zhì)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(jiǎn)稱AFCPEMFCMCFCSOFC氫氧化鉀磷酸質(zhì)子交