化学电源
现代电池技术
西安交通大学电子科学与技术系
徐友龙
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杜显锋
东二楼237
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xianfengdu@https://www.wendangku.net/doc/977469477.html,
教材与参考书
1.郭炳焜，李新海，杨松青，化学电源—电
池原理及制造技术，中南大学出版社，
2003年
2.陈军，陶占良，苟兴龙，化学电源—原理、2陈军陶占良苟兴龙原理技术与应用，化学工业出版社，2006年
3.查全性，化学电源选论，武汉大学出版社，
2005年
化学电源实例
锌锰电池铅酸电池
锂电池镉镍电池
MH-Ni 电池钠硫电池锂离子电池
化学电源实例
锌空气电池锂离子聚合物电池燃料电池
激活电池锌银储备电池质子交换膜燃料电池堆
化学电源应用举例
化学电源应用举例
1600年，Gilbert(美国)建立对电的研究基础（摩擦起电）；
1791年，Galvani(意大利)发表动物电学说；
年Gal ani(发表“”学说
1800年，V olta(意大利)宣布“伏特电堆”；
1833年，Faraday(英国)发表法拉第电解定律；
1836年，Daniell(英国)发明“丹尼尔”电池；
1839年，Grove(英国)创制了氢-氧燃料电池；
1859年，Plante(英国)发明铅酸电池；
1868年，Leclanche(法国)研制成功Zn-MnO2电池（干电池原型）；1899年，Jungner(瑞典)发明Cd-Ni碱性电池；
年Cd Ni碱性电池
1901年，Michaelowski(俄罗斯)发明Zn-Ni电池；
Fe-Ni
1902年，Edison(美国)发明Fe Ni碱性电池；
1917年，Ferry(发过)发明Zn-空气电池；
1940年，Ruben (美国)与Mallory公司开发出Zn-Hg电池；
1949年，美国RAY-O-V AC公司使碱性Zn-MnO2电池商品化；
1958年，Harris(美国)将锂金属引入原电池中；
年
1967年，美国Ford公司首先发明钠硫电池；
-
1974年，Klein(美国)研制出高压氢镍电池；
1980年，Amand(美国)研制锂离子电池；
1985年，荷兰Philips公司首先制成MH-Ni电池；
1992年，日本索尼公司将锂离子电池商品化。
1994年，美国Bellcore公司宣布研制成功聚合物锂离子电池
1999年，日本索尼公司将聚合物锂离子电池商品化年日本索尼公司将聚合物锂离子电池商品化
2000年后
燃料电池、太阳能电池成为全世界瞩目的能源
燃料电池太阳能电池成为全世界瞩目的能源
1.电极(核心)
导电骨架/活性物(参加成流反应的物质，
电骨架性物参加流应的物质
要求：电化学活性高、电动势高、质量比容
量和体积比容量大、化学稳定性好、电子电
量和体积比容量大化学稳定性好电子电
导高等)
22.电解质
担负正负极间电荷的传递，要求：比电导高、溶液欧姆电压降小、离子电导高、无电子电导、分解电位高、化学稳定性好等
3.隔膜
防止正负极接触短路，要求：绝缘性高、化学稳定性好、有一定机械强度、对电解质离子运动阻力小等
4.外壳
电池容器，要求：机械强度高、耐振动、耐冲击、耐腐蚀、耐电池容器要求机械强度高耐振动耐冲击耐腐蚀耐温差变化等
电极类型及结构
电极是电池的核心，由：活性物质、导电剂、黏合剂、添加剂等组成。
等组成
1.片状电极
有金属片或板直接制成，如锌电极、锂电极
2.粉末多孔电极
多孔，比表面积大、电化学极化和浓差极化小、不易形成枝晶。盒式电极：将电极粉装入表面有微孔的管或盒中
压成式电极：将电极粉装入模具中加压而成
涂膏式电极：将电极粉用电解液调成膏状，涂覆在导电骨架上
将电极粉用电解液调成膏状涂覆在导电骨架上
烧结式电极：将电极粉加压成型并经高温烧结而成
发泡式电极：将电极粉填充到发泡镍网上
粘结式电极：将活性物加粘结剂混匀，滚压在导电骨架上
电沉积式电极：将活性物质电沉积在导电骨架上
纤维式电极：将活性物填充到纤维镍毡状基体上
3.气体扩散电极
化学电源分类
1.一次电池
锌-锰、锌-汞、镉-汞、锌-银、锌-空气、银-碘、锂电池等锰锌汞镉汞锌银锌空气银碘锂电池等2.二次电池
铅酸、镉-镍、氢-镍、金属氢化物-镍、钠-硫、锂离子电池等3.激活电池
锌-银、镁-银、铅-高氯酸电池等
4.燃料电池
氢-氧、肼-空气燃料电池等
一次电池工作原理
电池表达式()Z |NH Cl Z Cl |M O C()
电池表达式：(-)Zn|NH 4Cl,ZnCl 2|MnO 2,C(+)正极为阴极，锰由四价还原为三价：
-
2MnO 2＋2H 2O ＋2e →2MnO(OH)＋2OH 负极为阳极，锌氧化为二价锌离子：
Zn ＋2NH Cl →Zn(NH Cl ＋2H +＋2e
4(3)22总的电池反应为：
2MnO 2＋Zn ＋2NH 4Cl →2MnO(OH)＋Zn(NH 3)2Cl 2
影响电池比能量的因素
m r
u W W ηηη?
??′=′0W’——实际比容量
W’——W
0理论比容量
?u ——电压效率
——反应效率
?r ?m ——质量效率
==ηE
E u 1.电化学极化过电位
(与i 有关，增加S 有利)
2.浓差极化过电位
(增加扩散系数D 有利)
3.欧姆过电位
(增加电导率有利)
反应效率
反应效率主要指活性物质的利用率电池中存在以下副反应：
1.水溶液中的置换反应
22.负极钝化
3.正极的歧化反应