23
一次电池
锌银电池
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一次电池
金属空气电池
• 金属作阳极作活性物质 Li, Mg, Zn, Al, Fe • 用不完的空气作阴极活性物质
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一次电池
铝空气电池
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一次电池
锌空气电池
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二次电池
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二次电池
阀控式铅酸电池
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二次电池
Ni-MH电池
Alloy (H) + OH- Alloy + H2O + eNiOOH + H2O + e- Ni(OH)2 + OH-
8
电池的定义、特点和应用价值
电池发电的特点
• 能量转化效率高 • 无噪音 • 操作方便 •……
9
电池的定义、特点和应用价值
电池为人类带来了极大的便利
• 最早的手提电话： 第一部手提电话重量为9.8kg 1982年，Nokia • 现在的大多数手提电话重量小于100g
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电池的定义、特点和应用价值
Li2CO3 + K2CO3 in LiAlO2
CO32-
YSZ O2-
O2 + 4H+ + 4e- 2H2O O2 + 4H+ + 4e- 2H2O O2 + 2CO2 + 4e- 2CO32-
1836 Daniell cell: copper zinc
1838 Grove: principle of air cell
1859 Planté: lead-acid cell
1868 Leclanché: carbon zinc wet cell
1888 Gassner: carbon zinc dry cell
新世纪更需要电池
• 社会可持续发展 ❖减少自然资源的使用 ❖减少环境污染
人类生活更加舒适便利 ❖电器越来越多 ❖电器变小 ❖使用时间延长 ❖电动汽车
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电池的定义、特点和应用价值
电池的新应用
• 高价值的电子设备 • 电动工具 • 工业牵引 • 军事 • 固定备用电源 • 电动汽车 • 可再生能源利用的储能装备
电池发展历史、现状及趋势
1
主要内容
• 电池发展简史 • 电池的定义、特点和作用 • 一次电池 • 二次电池 • 电化学电容器 • 燃料电池
2
电池发展简史
Baghdad 电池
2200年前… …
3
电池发展简史
主要电池的发明时间
-2200 Baghdad battery
1800 Voltaic pile: silver zinc
Acid or polymer
H+ H3PO4 H+
MCFC
2H2 + 2CO32- 2CO2 + 2H2O + 4eor
2CO + 2CO32- 4CO2 + 4e-
SOFC
2H2 + 2O2-
2H2O + 4eor
2CO + 2O2- 2CO2 + 4eor
½ CH4 + 2O2- ½ CO2 + H2O + 4e-
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电池的定义、特点和应用价值
电池工业发展趋势
• 环保 ❖电池本身对环境无污染 ❖电池可回收
二次化 高能 高功率
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电池的定义、特点和应用价值
发展需求与电池化学的矛盾
• 能用于设计成电池的化学反应相当有限 • 需求 ❖能量：从100mWh 的扣式电池到20kWh的动
力电池 ❖功率：从25-100µW的心脏起搏器电池到
1899 Junger: nickel cadmium cell
4
电池发展简史
电池的历史
1946 Neumann: sealed NiCd 1956 Bacon: alkaline fuel cell 1959 Urry: alkaline primary battery 1960s Rechargeable NiCd 1970s Lithium, sealed lead acid 1990 Nickel metal hydride (NiMH) 1991 Lithium ion 1992 Rechargeable alkaline 1999 Lithium ion polymer
KOH OH-
Residual oxidant
and water
O2 + 2H2O + 4e- 4OH-
PEMFC
2H2 4H+ + 4e-
Polymer H+
O2 + 4H+ + 4e- 2 H2O ⅔ CO2 + 4H+ + 4e-
PAFC
2H2 4H+ + 4e-
MW级的备用电源
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电池的定义、特点和应用价值
对策
材料的变革 结构设计的进步
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一次电池
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一次锂电池
• 优点 高能
• 缺点 成本高
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一次电池
锂二氧化锰电池
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一次电池
Li-CFx电池
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一次电池
锌锰电池
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一次电池
智能卡(Smart Card)
21
一次电池
纸电池
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一次电池
锌二氧化锰薄电池
• Gold • Mercury • Silver • Copper • Lead • Nickel • Cadmium
• Iron • Zinc • Aluminum • Magnesium • Sodium • Potassium
• Lithium
Most wants to oxidize (lose electrons)
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二次电池
锌镍电池
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二次电池
锂离子电池
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二次电池
锂离子电池
二次电池
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二次电池
锂电池材料
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二次电池
聚合物
干聚合物
聚合物－凝胶
聚合物－溶液
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二次电池
锂二次电池
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二次电池
可充碱性锌锰电池
37
电化学电容器
38
电化学电容器
电容器
39
电化学电容器
电解电容器
40
电化学电容器
电化学电容器
5
电池发展简史
1980年代前后
• 1980年代，电池工业被认为已相当成熟， 无太多的发展空间
• 最近二十年，新型电池层出不穷 ❖传统电池的性能显著的改善 ❖新概念电池发明
6
电池的定义、特点和应用价值
定义
电池是将化学能转化成电能的一种装置
7
电池的定义、特点和应用价值
电活性物质
Most wants to reduce (gain electrons)
• 电化学电容器
1000m2/g * 5uF/cm2 * 10000 = 50F/g 41
电化学电容器
电化学电容器
42
燃料电池的类型
Current Load
e-
e-
Residual fuel
AFC and product gases
2H2 + 4OH- 4H2O + 4e-
Electrolyte +