应用电化学：第二章 电池

第二章电池

A

CuZn

稀H2SO4［问题］在日常生活和学习中，你用过哪些电池，你知道电池的其它应用吗？

用于汽车的铅蓄电池和燃料电池用于“神六”的太阳能电池笔记本电脑专用电池手机专用电池摄像机专用电池电池化学电池太阳能电池原子能电池将化学能转换成电能的装置将太阳能转换成电能的装置将放射性同位素自然衰变时产生的热能通过热能转换器转变为电能的装置电池的种类化学电池一次电池二次电池燃料电池定义例子电池中的反应物质进行一次氧化还原反应并放电之后，就不能再次利用．又称充电电池或蓄电池在放电后经充电可使电池中的活性物质获得重生，恢复工作能力，可多次重复使用．是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化成电能的化学电源，又称连续电池．干电池：电池中的电解质溶液制成胶体，不流动，故称干电池．铅蓄电池、锌银蓄电池、镍镉电池、锂离子电池氢气、甲醇、天然气、煤气与氧气组成燃料电池。普通锌锰电池、碱性锌锰电池、锌银纽扣电池第一节化学电池1、化学电池的分类２、化学电池优点（１）能量转换效率高，供能稳定可靠。（２）可以制成各种形状和大小、不同容量和电压的电池和电池组，使用方便。（３）易维护，可在各种环境下工作。３、判断电池优劣的标准

除特殊情况外，质量轻、体积小而输出电能多、功率大、储存时间长的电池，其质量好。第二节一次电池锌筒石墨棒MnO2和C普通锌-锰干电池的结构NH4Cl、ZnCl2

和

H2O等1、干电池负极正极电池反应：氢氧化氧锰Zn–2e-=Zn2+（MnO2和C）：普通锌锰电池（Zn）：2、碱性锌-锰干电池负极：正极：电池反应：电解质：KOH—Zn—MnO2Zn+2OH--2e-

=Zn(OH)22MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-

Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2［思考］该电池的正负极材料和电解质．碱性电池

3、锌银纽扣电池Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-锌-氧化银纽扣电池，算是纽扣电池中的佼佼者。电压1.55V，容量高于碳性，碱性纽扣电池，高阶放电曲线平稳，大约有90%的部分始终稳定在1.45V以上，放电曲线几乎成一条直线，然后迅速掉电，电压竖直掉下去。主要的用途是：计算器，助听器，相机，手表等。Zn＋2OH-

－2e-=ZnO＋H2O负极：正极：第三节二次电池蓄电池1、铅蓄电池由哪几部分组成2、铅蓄电池内部分为几个单格？一格的静止电动势约为多少？3、正、负极板上的活性物质各是什么？4、铅蓄电池的每一个单格都有一个加液孔，孔盖上通气孔，其作用？5、蓄电池放电终了特征？放电时两极板上生成什么物质，电解液有何变化？6、蓄电池充电终了特征？充电时两极板上各生成什么物质？电解液有何变化？问题蓄电池的结构极板、隔板、电解液、外壳极板—由栅架和活性物质组成。正极板：二氧化铅（PbO2),棕红色负极板：海绵状纯铅（Pb）,深灰色隔板：在正、负极板间起绝缘作用，可使电池结构紧凑。

A、隔板有许多微孔，让电解液畅通无阻。

B、隔板一面平整，一面有沟槽。沟槽面对着正极板。使充放电时，电解液能通过沟槽及时供给正极板，当正极板上的活性物质PbO2脱落时能迅速通过沟槽沉入容器底部。

壳体：硬橡胶、塑料两种。外壳上有链条和加液孔联条：串联各单格电池，材料为铅。加液孔盖：蓄电池的每一个单格都有一个加液孔，为加注电解液和检测电解液密度所用，孔盖上有通气孔，该小孔应经常保持畅通，一便随时排除蓄电池化学反应放出的氢气和氧气，防止外壳涨列和发生事故。电解液：用纯硫酸和蒸馏水按一定的比例配制成配制成的电解液比重一般在1.24～1.30g/cm3之间。1铅蓄电池蓄电池的工作原理正极板：PbO2→Pb4+

＋2.0V负极板：Pb-2e→Pb2+-0.1V两极板之间的电动势为2.1V

串连6个放电时化学反应：负极板：Pb-2e→Pb2+Pb2++SO42-→PbSO4

附在负极板上正极板：Pb4++2e→Pb2+

Pb2++SO42-→PbSO4

附在正极板上

总反应：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O充电时化学反应：正极板：PbSO4→Pb2++SO42-

Pb2+-2e→Pb4+

PbSO4+2H2O→PbO2+2H2SO4负极板：PbSO4→Pb2++SO42-Pb2++2e→Pb总反应：2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4蓄电池常见的故障故障特征极板上生成一层白色粗晶粒的PbSO4，在正常充电时不能转化为PbO2和Pb的现象。（1）硫化的电池放电时，电压急剧降低，过早降至终止电压，电池容量减小。（2）蓄电池充电时单格电压上升过快，电解液温度迅速升高，但密度增加缓慢，过早产生气泡，甚至一充电就有气泡。故障原因（1）蓄电池长期充电不足或放电后没有及时充电，导致极板上的PbSO4有一部分溶解于电解液中，环境温度越高，溶解度越大。当环境温度降低时，溶解度减小，溶解的PbSO4就会重新析出，在极板上再次结晶，形成硫化。（2）电解液液面过低，使极板上部与空气接触而被氧化，在行车中，电解液上下波动与极板的氧化部分接触，会生成大晶粒PbSO4硬化层，使极板上部硫化。（3）长期过量放电或小电流深度放电，使极板深处活性物质的孔隙内生成PbSO4。（4）新蓄电池初充电不彻底，活性物质未得到充分还原。（5）电解液密度过高、成分不纯，外部气温变化剧烈。排除方法轻度硫化的蓄电池，可用小电流长时间充电的方法予以排除；硫化较严重者采用去硫化充电方法消除硫化；硫化特别严重的蓄电池应报废。故障一：极板硫化故障特征主要指正极板上的活性物质PbO2的脱落。蓄电池容量减小，充电时从加液孔中可看到有褐色物质，电解液浑浊。故障原因（1）蓄电池充电电流过大，电解液温度过高，使活性物质膨胀、松软而易于脱落。（2）蓄电池经常过充电，极板孔隙中逸出大量气体，在极板孔隙中造成压力，而使活性物质脱落。（3）经常低温大电流放电使极板弯曲变形，导致活性物质脱落。（4）汽车行驶中的颠簸振动。排除方法对于活性物质脱落的铅蓄电池，若沉积物较少时，可清除后继续使用；若沉积物较多时，应更换新极板和电解液。故障二：活性物质脱落故障特征主要是正极板栅架腐蚀，极板呈腐烂状态，活性物质以块状堆积在隔板之间，蓄电池输出容量降低。故障原因（1）蓄电池经常过充电，正极板处产生的O2使栅架氧化。（2）电解液密度、温度过高、充电时间过长，会加速极板腐蚀。（3）电解液不纯。排除方法腐蚀较轻的蓄电池，电解液中如果有杂质，应倒出电解液，并反复用蒸馏水清洗，然后加入新的电解液，充电后即可使用；腐蚀较严重的蓄电池，如果是电解液密度过高，可将其调整到规定值，在不充电的情况下继续使用；腐蚀严重的蓄电池，如栅架断裂、活性物质成块脱落等，则需更换极板。故障三：极板栅架腐蚀故障特征蓄电池正、负极板直接接触或被其它导电物质搭接称为极板短路。极板短路的蓄电池充电时充电电压很低或为零，电解液温度迅速升高，密度上升很慢，充电末期气泡很少。

故障原因（1）隔板破损使正、负极板直接接触。（2）活性物质大量脱落，沉积后将正、负极板连通。（3）极板组弯曲。（4）导电物体落入池内。

排除方法出现极板短路时，必须将蓄电池拆开检查。更换破损的隔板，消除沉积的活性物质，校正或更换弯曲的极板组等。

故障特征蓄电池在无负载的状态下，电量自动消失的现象称为自放电。如果充足电的蓄电池在30天之内每昼夜容量降低超过2%，称为故障性自放电。故障原因（1）电解液不纯，杂质与极板之间以及沉附于极板上的不同杂质之间形成电位差，通过电解液产生局部放电。（2）蓄电池长期存放，硫酸下沉，使极板上、下部产生电位差引起自放电。（3）蓄电池溢出的电解液堆积在电池盖的表面，使正、负极柱形成通路。（4）极板活性物质脱落，下部沉积物过多使极板短路。排除方法自放电较轻的蓄电池，可将其正常放完电后，倒出电解液，用蒸馏水反复清洗干净，再加入新电解液，充足电后即可使用；自放电较为严重时，应将电池完全放电，倒出电解液，取出极板组，抽出隔板，用蒸馏水冲洗之后重新组装，加入新的电解液重新充电后使用。故障五：自放电故障四：极板短路2镍镉（氢）蓄电池工作原理

1.放电过程中的电化学反应负极反应正极反应

总反应2.充电过程中的化学反应

充电时负极板上的氢氧化镉，先电离成镉离子和氢氧根离子，然后镉离子从外电路获得电子，生成镉原子附着在极板上，而氢氧根离子进入溶液参与正极反应镍镉电池使用过程中，如果电量没有全部放完就开始充电，下次再放电时，就不能放出全部电量。比如，镍镉电池只放出80%的电量后就开始充电，充足电后，该电池也只能放出80%的电量，这种现象称为记忆效应。电池全部放完电后，极板上的结晶体很小。电池部分放电后，氢氧化亚镍没有完全变为氢氧化镍，剩余的氢氧化亚镍将结合在一起，形成较大的结晶体。结晶体变大是镍镉电池产生记忆效应的主要原因。

贵！

镍氢电池和同体积的镍镉电池相比，容量增加一倍，充放电循环寿命也较长，并且无记忆效应。镍氢电池正极的活性物质为NiOOH（放电时）和Ni(OH)2(充电时)，负极板的活性性物质为H2（放电时）和H2O（充电时），电解液采用30%的氢氧化钾溶液，充放电时的电化学反应如下：过量充电时的电化学反应：

比较（镍镉）

由于有催化剂的氢电极面积大，而且氢气能够随时扩散到氢电极表面，因此，氢气和氧气能够很容易在蓄电池内部再化合生成水，使容器内的气体压力保持不变，这种再化合的速率很快，可以使蓄电池内部氧气的浓度，不超过千分之几。

过充电时，电池内产生的大量气体，如果不能很快复合，电池内部的压力就会显著增加，这样将损伤电池。气泡聚集在极板表面，将减小极板表面参与化学反应的面积并且增加电池的内阻。

放电终止电压是指蓄电池放电时允许的最低电压。如果电压低于放电终止电压后蓄电池继续放电，电池两端电压会迅速下降，形成深度放电，这样，极板上形成的生成物在正常充电时就不易再恢复，从而影响电池的寿命。蓄电池参数

蓄电池的五个主要参数为：电池的容量、标称电压、内阻、放电终止电压和充电终止电压。

电池的容量通常用Ah(安时)表示，1Ah就是能在1A的电流下放电1小时。单元电池内活性物质的数量决定单元电池含有的电荷量，而活性物质的含量则由电池使用的材料和体积决定，因此，通常电池体积越大，容量越高。与电池容量相关的一个参数是蓄电池的充电电流。蓄电池的充电电流通常用充电速率C表示，C为蓄电池的额定容量。例如，用2A电流对1Ah电池充电，充电速率就是2C；同样地，用2A电流对500mAh电池充电，充电速率就是4C。

标称电压：电池刚出厂时，正负极之间的电势差。标称电压由极板材料的电极电位和内部电解液的浓度决定。当环境温度、使用时间和工作状态变化时，单元电池的输出电压略有变化，此外，电池的输出电压与电池的剩余电量也有一定关系。单元镍镉电池的标称电压约为1.3V（但一般认为是1.25V），单元镍氢电池的标称电压为1.25V。

电池的内阻决定于极板的电阻和离子流的阻抗。在充放电过程中，极板的电阻是不变的，但是，离子流的阻抗将随电解液浓度的变化和带电离子的增减而变化。

充电终止电压：蓄电池充足电时，极板上的活*物质已达到饱和状态，再继续充电，蓄电池的电压也不会上升，此时的电压称为充电终止电压。镍镉电池的充电终止电压为1.75~1.8V，镍氢电池的充电终止电压为1.5V。

锂离子电池的工作原理锂离子电池正极材料：几种材料的性能对比固体电解质层SEI：形成原因和作用电解液：有机溶剂的混合使用聚合物电解质：工作原理第四节锂离子电池一、概述锂离子电池的定义指以两种不同的能够可逆地插入及脱出锂离子的嵌锂化合物分别作为电池正极和负极的二次电池体系锂离子电池的发展历史1980年，M.Armand等人首先提出用嵌锂化合物来代替二次锂电池中的金属锂负极，并提出“摇椅式电池”（rockingchairbattery）的概念嵌锂化合物代替二次锂电池中的金属锂负极，电池的安全性大为改善，并且具有良好的循环寿命，同时电池的充放电效率也得到提高1990年日本Sony公司研制出以石油焦为负极、LiCoO2为正极的锂离子二次电池锂离子电池的工作原理正极负极电池具有高比能量、长循环寿命、较宽的工作温度范围、高可靠性等优点

锂离子电池的优点二、正极材料对锂离子正负极材料的要求：具有层状或隧道的晶体结构，以利于锂离子的嵌入和脱出，该晶体结构牢固，在充放电电压范围内的稳定性好，使电极具有良好的充放可逆性，以保证锂离子电池的循环寿命;充放电过程中，应有尽可能多的锂离子嵌入和脱出，使电极具有较高的电化学容量;3.

在锂离子进行嵌脱时，电极反应的自由能变化应较小，以使电池有较平稳的充放电电压，以利于锂离子电池的广泛应用;锂离子应有较大的扩散系数，以减少极化造成的能量损耗，保证电池有较好的快充放电性能;分子量小，提高重量能量密度；摩尔体积小，提高体积能量密度.LiCoO2正极材料锂离子电导率高，扩散系数10-9～10-7cm/s充电上限电压4.3V，高于此电压基本结构会发生改变制备方法

固相合成法（0≤x≤0.5）

LiNiO2正极材料与LiCoO2相比，LiNiO2具有的优势制备困难：制备电化学性能良好且具有化学计量结构的LiNiO2条件非常苛刻制备的LiNiO2一般表示为Li2xNi2-2xO2，x在0.3～0.5范围内变化改性主要有掺杂和包覆处理,较为成功的是Co的掺杂锂锰氧化物Mn资源非常丰富、无毒、价廉;锂锰氧化物是最有希望取代锂钴氧化物的正极活性物质1.尖晶石型LixMn2O4立方结构当1<x≤2时，Mn离子主要以＋3价存在，将导致严重的Jahn-Teller效应(容量衰减)

在电解液中会逐渐溶解，发生Mn3+歧化反应；电解液在高压充电时不稳定，即Mn4+具有高氧化性2.层状LiMnO2扭曲的四方密堆结构在3.5~4.5V范围内，LiMnO2脱锂容量高，可达200mAh/g，但脱锂后结构不稳定，慢慢向尖晶石型结构转变。晶体结构的反复变化导致体积的反复膨胀和收缩，循环性能不好。较高温度下也会发生Mn的溶解而导致电化学性能劣化三种正极活性材料性能比较材料名称理论比容量(mAh/g)实际比容量(mAh/g)密度(g/cm3)价格比特点LiCoO2275130-1405.003性能稳定，体积比能量高，放电平台平稳LiNiO2274170-1804.782高比容量，热稳定性较差，价格较低LiMn2O4148100-1204.281低成本，比容量较低，高温循环和存放性能较差，安全性好嵌锂磷酸盐正极材料LiMPO4（M=Mn、Fe、Co、Ni）正极材料中，以LiFePO4的研究最为突出

实际放电容量>160mAh/g,3C大电流下放电比容量>130mAh/g,其在原料来源、成本、环保和化学稳定性方面也都令人满意。影响材料的最主要因素是LiFePO4室温下的低电导率

三、负极材料碳负极材料：石墨典型的石墨化负极材料有石墨化中间相微珠、天然石墨和石墨化碳纤维理论容量372mAh/g，电位基本与金属锂接近.不可逆容量低，首次充电效率高，且价格低廉。固体电解质层(SEI)

对于所有的碳材料，在锂嵌入石墨层间时，电解质溶液中的有机溶剂和锂盐均可能从电极得到电子，发生还原反应，在电极表面形成对电子绝缘而对离子导电的固体电解质层(SEI).

其主要组成为Li2CO3、ROCO2Li.当SEI层的厚度增加到能够阻止溶剂从电极上得到电子时，还原反应自行终止，相当于在电极表面形成了一层钝化膜

主要缺点是墨片面容易发生剥离，循环性能不是很理想，需要进行改性处理.氧化物负极材料无定形锡基复合氧化物：SnMxOy

SnSi0.4Al0.2P0.6O3.6零应变材料

LiTi5O12

相对于金属锂的电位为1.5V，因而与4V的正极材料配对形成2.5V的电池.

可逆容量一般为150mAh/g.锂的嵌入和脱嵌不会产生应变，循环寿命很好四、电解液对锂离子电池电解液的要求锂离子电导率高。在一般稳定范围内，电导率要达到3×10-3～2×10-2S/cm。电化学窗口大。即电化学性能在较宽的范围内不发生分解反应。电解质的可用液态范围宽，在－40～70℃范围内均为液态。热性能稳定，在较宽的范围内不发生分解反应。化学稳定性高，即与电池体系的电极材料、集流体、隔膜、粘接剂等基本上不发生反应。最大可能促进电极可逆反应的进行；没有毒性，使用安全；容易制备，成本低。有机溶剂有机溶剂应当在相当低的电位下稳定或不与金属锂发生反应，因此必须是非质子溶剂；极性高（也就是介电常数大），能溶解足够的锂盐（锂盐容易解离）；同时黏度低（离子移动速度快），从而使电导率高；溶点低、沸点高，蒸汽压低，工作温度范围宽

但是上述几方面基本相互冲突,通常采用混合溶剂来弥补各组分的缺点一般采用直链酯和环酯(如EC+DMC，PC+DEC)混合溶剂电解质无机锂盐

LiClO4、LiBF4、LiPF6、LiAsF6有机锂盐

三氟甲基磺酸锂LiCF3SO3

二(三氟甲基磺酰)亚胺锂LiN(CF3SO2)2

三(三氟甲基磺酰)甲基锂LiC(SO2CF3)五、聚合物锂离子电池聚合物电池的提出用液体电解质组装的锂离子电池在使用过程中逐渐暴露出易生长枝晶、漏液、安全性差等问题

聚合物锂离子电池（PLIB，PolymerLithiumIonBattery）的主要优点是无漏液、电池尺寸形状容易设计，电池安全性大为提高。现有三种聚合物锂离子电池：（1）固体聚合物电解质电池（2）凝胶聚合物电解质电池（3）聚合物正极电池聚合物电解质的工作原理定义：含有聚合物材料且能像液体一样导电的电解质导电机理：首先迁移离子如锂离子等与聚合物链上的极性基团如氧、氮等原子配位；在电场作用下，随着聚合物高弹区中分子链段的热运动，迁移离子与极性基团不断发生配位和解配位的过程，从而实现离子的迁移。

聚合物电解质的分类聚合物电解质可分为：固体聚合物电解质SPE(SolidPolymerElectrolyte)和凝胶聚合物电解质GPE目前已开发的聚合物电解质有：聚环氧乙烯(PEO)基、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基、聚偏氟乙烯(PVDF)基、聚丙烯腈(PAN)基和聚氯乙烯(PVC)基等，并在此基础上形成各种共聚物电解质新型聚合物锂离子电池TiS2为负极的聚合物锂离子电池Dion电池电池的性能充放电（容量）测试、高低温性能、循环性能安全性能项目试验条件新电池循环后电池电特性短路外短路无异常无异常过充电1C,12V(max)无异常无异常异常电流充电6C,12V(max)无异常无异常力学性能针刺刺破短路无异常无异常挤压压至短路无异常无异常振动振幅0.88mm,10Hz-55Hz1Hz/min,90min无异常无异常落下1.9m,10次无异常无异常热特性箱内加热150℃,保持10min无异常无异常焚烧置于火焰上起火起火六、锂离子电池的电性能

“是什么东西使得我国无以数计的城镇的春天之音沉寂下来了呢？”

－－摘自美国科学家卡逊的警世之作《寂静的春天》草树知春不久归，百般红紫斗芳菲

被石油污染的企鹅

黑色天空

五颜六色的水

不堪重负的大地－山西某矿区

传统能源对环境污染起了

推波助澜的作用吞烟吐雾的火力发电站

招摇过市的冒烟车传统能源发电方式的瓶颈一般我们熟知的发电方式就是利用燃料(石油、煤炭、汽油、核能等)通过化学变化产生热能之后，间接利用水蒸汽推动发电机来产生电能。这样的能量转换过程需要经过許多程序，相对其转换的过程程中也消耗了許多不必要的浪費，以至于最后变成电能的效率通常都只剩下_____左右。30%圖片取自「新核家園」網站若可以不要经过这些复杂且不必要的化学变化，而是直接將燃料转换成电能，理论上就可以大幅提高能源转换的效率！Whowillbe（无污染、效率高）

未来能源希望之星？！燃料电池《应用电化学》

第二章电池

第五节燃料电池一燃料电池的起源1839年，由英国法官威廉葛洛夫(WilliamGrove)在一次实验中意外发现了燃料电池的发电原理；但当時因为电极材料問題，使这項发明未受重视。1959年，法蘭西斯培根(FrancisT.Bacon)制作出一个5kW的燃料电池組，能夠推动高耗能电器，使这項技术得以走出实验室。其后使用氢气为燃料的碱性燃料电池(AFC)成功应用在航天飞机的电力供应系統；其产物是純淨的水，成为太空人饮用水的來源之一。二燃料电池的定义燃料电池（Fuelcell），是一种使用燃料进行化学反应直接产生电力的裝置。由于它是把燃料通过化学反应释出的能量变为电能输出，所以被称为燃料电池。燃料的选择性非常高，包括氢气、甲醇、乙醇、天然气，甚至于現在运用最广泛的汽油，都可以做为燃料电池的燃料。

以特殊催化剂使燃料与氧发生反应，因不需推动涡轮等发电器具，也不需将水加热至水蒸汽再经散热变回水，所以能量转换效率高达70%~80%左右，足足比一般发电方法高出了40%以上。三燃料电池的种类依电解质的种类，一般可分为质子交换膜燃料电池（protonexchangemembranefuelcell,PEMFC）碱性燃料电池（alkalinefuelcell,AFC）磷酸燃料电池（phosphoricacidfuelcell,PAFC）熔融碳酸盐燃料电池（moltencarbonatefuelcell,MCFC）固态氧化物燃料电池（solidoxidefuelcell,SOFC）直接甲醇燃料电池（directmethanolfuelcell，DMFC,PEMFC的延续）生物燃料电池目前主要的方式四工作原理（重点掌握内容）

－质子交换膜燃料电池燃料电池是利用水的电解的逆反应的"发电机"。工作时向负极供给燃料（氢），向正极供给氧化剂（空气）。氢在负极分解成正离子H+和电子e-。氢离子进入电解液中，而电子则沿外部电路移向正极。用电的负载就接在外部电路中。在正极上，空气中的氧同电解液中的氢离子吸收抵达正极上的电子形成水。这正是水的电解反应的逆过程。电极反应及电池总反应式：阳极(电池負极)半反应

H2

－2e-

→2H+阴极(电池正极)半反应

2H++½O2+2e-→H2O总反应

H2+½O2→H2OΔE=1.229V(latm、25℃)

【水电解的逆反应】H2

→2

H+

+2H2H+e-H+22+2e-+12O2H2O电解质O2阳极阴极提问：比较燃料电池与一次电池（干电池、锌银纽扣电池）、二次电池（铅酸蓄电池、镍镉/氢电池、锂离子电池）在工作原理上的差异及各电池的特征？①燃料做负极，助燃剂氧气为正极；②电极材料一般不参加化学反应，只起传导电子的作用；⑤能量转化率高(超过80%)，普通的只有30%，有利于节约能源；③氧化剂与还原剂在工作时不断补充；④反应产物不断排出；小结：⑥零污染。五燃料电池在应用上的优势低污染高效率无噪音用途广免充电燃料來源广燃料电池比一般发电方式更为清洁，若用氢气作为燃料，其排放物是可供饮用的水和可以利用的热能。发电主体无噪音问题，若需散热則有風扇的杂音。

燃料电池所能提供的电力范围广泛(1W~1000MW)，因此可应用的产品也多。

一般电池是將能源貯藏于电池本体中，待用完后即需舍弃或重新充电，以恢复电力。燃料电池的能源是由燃料中的化学能所提供，不含在电池本体結构中，因此只要燃料源源不断的供应，燃料电池便可以不停的发电。

只要含有氢原子的化学能源如天然气、石油、煤炭等气化产物，或是沼气、酒精、甲醇等，都可作为燃料电池的能源进料。

因为燃料电池直接將燃料中的化学能转换成电能，故不受卡诺循环的限制。

IBM研制出采用燃料电池的ThinkPad原型机加拿大AngstromPower的公司生产出了全球第一款手机使用的燃料电池，并已经应用到了摩托罗拉L7手机中六最新科技－燃料电池商业化产品

在美国加利福尼亚举办的第三届CaFCP公路拉力赛上，一款由面向未来、当前最畅销的欧洲车格外引人注目，这就是全新的大众汽车TouranHyMotion。这辆多功能轿车使用一台燃料电池为其高扭矩电动机提供能量。这是一款最新型的绝对零排放的多功能轿车。零排放燃料电池汽车--大众途安

红豆集团旗下的千里马车业公司联手上海攀业共同开发的全新一代燃料电池自行车为我们实现了这一梦想。全新“绿色天使”系列燃料电池自行车是第一款批量出口的燃料电池自行车。全新一代燃料电池自行车

中国完全自主知识产权、自主品牌的第四代燃料电池汽车近日亮相上海同济大学校园。该车最高时速可达一百五十公里以上，百公里加速时间也从之前的十九秒缩至十五秒，加一次氢气更是可以持续行驶超过三百公里，无论是在驾驶性能上还是在环保性能上都堪称“未来汽车”的典范。同济大学汽车学院研制的第四代燃料电池汽车------美国空军学院研究的氢燃料电池无人机七课程实践－实验室自制简易燃料电池所需器材透明塑胶罐、废四号干电池、计算器、LED灯利用废电池的碳棒当作电极，因为碳棒(石墨)的表面有許多細小的毛孔，所以可以吸附部分的气体，是制作简易燃料电池很方便的材料，方便又环保！利用电源供应器电解一段時間后，使正极附著氧气，負极附著氢气，燃料电池所需的「燃料」便有了！接上LED灯可明显看到燃料电池发电了接上計算器也可以使用希望大家都能有一個愉快的学習！创意來自想像与务实的結合H2e-H+H+e-O2H2e-e-H+H+H2OH2O回到課程太阳能电池的发展历史太阳能电池市场状况及趋势太阳能电池定义和分类太阳能电池的结构及工作原理太阳能电池的生产工艺太阳能电池的应用第六节太阳能电池1.太阳能电池的发展历史

1954年世界第一块实用化太阳能电池在美国贝尔实验室问世，幷首先应用于空间技术。当时太阳能电池的转换效率为8％。1973年世界爆发石油危机，从此之后，人们普遍对于太阳能电池关注，近10几年来，随着世界能源短缺和环境污染等问题日趋严重，太阳能电池的清洁性、安全性、长寿命，免维护以及资源可再生性等优点更加显现。一些发达国家制定了一系列鼓舞光伏发电的优惠政策，幷实施庞大的光伏工程计划，为太阳能电池产业创造了良好的发展机遇和巨大的市场空间，太阳能电池产业进入了高速发展时期，幷带动了上游多晶硅材料业和下游太阳能电池设备业的发展。在1997－2006年的10年中，世界光伏产业扩大了20倍，今后10年世界光伏产业仍以每年30％以上的增长速度发展。世界太阳能电池发展的主要节点1954美国贝尔实验室发明单晶硅太阳能电池，效率为8％1955第一个光伏航标灯问世，美国RCA发明GaAs太阳能电池1958太阳能电池首次装备于美国先锋1号卫星，转换效率为8％。1959第一个单晶硅太阳能电池问世。1960太阳能电池首次实现并网运行。1974突破反射绒面技术，硅太阳能电池效率达到18％。1975非晶硅及带硅太阳能电池问世1978美国建成100KW光伏电站1980单晶硅太阳能电池效率达到20％多晶硅为14.5％，GaAs为22.5％1986美国建成6.5KW光伏电站1990德国提出“2000光伏屋顶计划”1995高效聚光GaAs太阳能电池问世，效率达32％。1997美国提出“克林顿总统百万太阳能屋顶计划，日本提出“新阳光计划”1998单晶硅太阳能电池效率达到24.7％，荷兰提出“百万光伏屋顶计划”2000世界太阳能电池总产量达287MW，2010年欧洲生产60亿瓦光伏电池据统计，从2002年至今，中国太阳能电池产量猛增了77倍。2009年，我国太阳能电池产量约占世界总产量的三分之一，连续三年成为世界第一大太阳能电池生产国。尽管我国太阳能电池从2007年开始成为世界生产最多的国家，但是，我们现在对太阳能普遍的转化效率是16%，17%，国外最高的已经超过了20%。我国太阳能电池的发展1958年我国开始研制太阳能电池1959年中国科学院半导体研究所研制成功第一片具有实用价值的太阳能电池

1971

年在我国发射的第二颗人造卫星——科学实验卫星实践一号上首次应用太阳能电池1973年在天津港的海面航标灯上首次应用14.7W太阳能电池1979年我国开始利用半导体工业废次硅材料生产单晶硅太阳能电池1980年~1990年期间我国引进国外太阳能电池关键设备、成套生产线和技术2004年我国太阳能电池产量超过印度，年产量达到50MW以上

20世纪80年代后期，我国太阳能电池生产能力达到4.5MW/年，初步形成了我国太阳能电池产业

2005~2006年，我国的太阳能电池组件产量100MW/年以上，我国成为世界重要的光伏工业基地之一，初步形成一个以光伏工业为源头的高科技光伏产业链并网发电系统及工作原理太阳能并网发电系统主要由太阳电池阵和并网逆变器两部分组成。

1.太阳电池阵：将太阳光能转换成电能，在阳光充足时通过并网逆变器将直流电转换为交流电输入电网。2.并网逆变器：并网逆变器是将直流电转换为交流电的设备，输入端接太阳电池阵，输出端接交流电网。并网逆变器除具有普通逆变器的功能外，还应具有以下功能：

1)纯正弦波同步并网送电：通过DC/AC电压型逆变器实现电流瞬时控制，将电流控制成50Hz正弦波，自动与电网同步后送入电网。以正弦波电流的方式并网送电不会对电网产生谐波干扰和过多的无功分量。

2)太阳能电池最大功率追踪技术：以晶体硅为基本材料的太阳能电池在不同的照射强度和温度下其I-V特性曲线各不相同，而输出与I-V特性相应存在一个最大功率输出点，因此，对太阳电池最大输出功率点的追踪MPPT(MaximumPowerPointTrace)成为提高整个系统效率的关键点之一。

3)反孤岛运行技术：并网发电运行时，电网因意外情况出现停电时，并网运行设备应该能够及时检测出电网停电情况，并与电网解列，停止向电网送电，以保护人身和设备安全。

4)独立供电及自动同步并网运行技术：系统在电网停电时，可实现自动与电网解列，独立向重要负载提供优质交流电能。在配备蓄电池后，本系统还可在夜间不间断地提供电能。在电网恢复供电时，通过与电网电压同步，可在不影响给负载供电的情况下切换至并网发电运行方式。2.太阳能电池市场状况及趋势2.1太阳能电池的市场状况

1998年以前，单晶硅电池占世界光伏生产的主导地位，其次是多晶硅电池。从1998年开始，多晶硅电池开始超过单晶硅跃居第一。非晶硅从20世纪80年代初开始商业化生产，但由于效率低和光衰减问题，市场份额增加不快。CdTe电池从20世纪80年代中期开始商业化生产，市场份额增加缓慢，除技术因素外，人们对Cd的毒性的疑虑也是原因之一。CIS电池的产业化进程比较缓慢，原因是生产过程中化学剂量比难以控制，大面积均匀性和重复性较差。2.2太阳能电池的未来发展趋势

2.2.1商业化趋势

1998年以前，单晶硅电池占市场主导地位，其次是多晶硅电池。

从1998年起，多晶硅电池开始超过单晶硅跃居第一。非晶硅从80年代初开始商业化，由于效率低和光衰减问题，市场份额先高后低。

CdTe电池从80年代中期开始商业化生产，市场份额增加缓慢，Cd的毒性是原因之一；铜铟硒薄膜太阳电池（CIS电池）的产业化进程比较缓慢，生产工艺难于控制，In是稀有元素；

Sanyo公司a-Si/c-Si电池商业化仅两三年，发展迅速2.2.2技术发展趋势2.2.2.1硅基电池:

硅是地球上丰度第二大元素，资源丰富(以石英砂形式存在)；

环境友好；

电池效率高，性能稳定；

工艺基础成熟。

硅基电池是目前光伏界研究开发的重点、热点晶硅电池的产业化技术硅基薄膜电池研究开发方向：晶硅电池:①提高电池/组件效率高效钝化技术：TiO2，SiNx,H、SiO2,a-Si。。高效陷光技术：减反射，表面织构化，背反射等，选择性发射区(前)，背表面场(BSF)，细栅或者单面技术，高效封装技术－最佳封装材料的折射率等。②简化、改进工艺－自动化、环保、低成本；如硅片薄化及其工艺，③材料的国产化和提高性能；硅基薄膜电池①低温过程(PECVD)<300℃，非晶、微晶、微非迭层－效率、稳定性，柔性衬底②低温过程>900℃,多晶硅基薄膜电池，廉价衬底；2.2.2.2化合物电池

CIGS电池：提高效率，大面积重复性，S代SeCdTe电池：提高效率，大面积重复性

Gratzel电池－高效染料，固体或准固态电解质，提高效率，大面积重复性有机电池－高效电子受体和给体以及材料，提高效率

3.新型概念电池：量子点、量子阱电池，中间带光伏电池，带隙递变迭层电池等，尚处在理论探索、概念研究和验证阶段。3.太阳能电池定义和分类太阳能电池，又称光伏器件，是一种利用光生伏特效应把光能转变为电能的器件。它是太阳能光伏发电的基础和核心。太阳能电池分类按结构分类同质结太阳电池异质结太阳电池肖特基太阳电池采用不同的掺杂工艺，通过扩散作用，将P型半导体与N型半导体制作在同一块半导体（通常是硅或锗）基片上,在它们的交界面就形成空间电荷区称PN结。PN结具有单向导电性。

P型半导体（P指positive，带正电的）：由单晶硅通过特殊工艺掺入少量的三价元素组成，会在半导体内部形成带正电的空穴；

N型半导体（N指negative，带负电的）：由单晶硅通过特殊工艺掺入少量的五价元素组成，会在半导体内部形成带负电的自由电子。

在P型半导体中有许多带正电荷的空穴和带负电荷的电离杂质。在电场的作用下，空穴是可以移动的，而电离杂质（离子）是固定不动的。N型半导体中有许多可动的负电子和固定的正离子。当P型和N型半导体接触时，在界面附近空穴从P型半导体向N型半导体扩散，电子从N型半导体向P型半导体扩散。在PN结上外加一电压，如果P型一边接正极，N型一边接负极，电流便从P型一边流向N型一边，空穴和电子都向界面运动，使空间电荷区变窄，电流可以顺利通过。如果N型一边接外加电压的正极，P型一边接负极，则空穴和电子都向远离界面的方向运动，使空间电荷区变宽，电流不能流过。这就是PN结的单向导电性。

PN结

（1）同质结太阳能电池：由同一种半导体材料一个或多个pn结的太阳电池，如p-n结太阳电池，p-n结砷化镓太阳电池等。

（2）异质结太阳能电池：由两种不同半导体材料在相接界面上构成划质结太阳电池，如氧化锡一硅、硫化镉一硫化亚铜、砷化镓一硅异质结太阳电池等。若构成异质结的两种材料的晶格匹配比较好，则称为异质面太阳电池，如砷化镓一砷化铝镓异质面太阳电池等。

（3）肖特基结太阳能电池：由金属和半导体接触形成肖特基势垒的电池，简称MS电池。已发展成金属－氧化物－半导体（MOS）、金属一绝缘体一半导体（MIS）太阳电池等。

（4）复合结太阳能电池：由两个或多个结形成的太阳电池。如由一个（MIS）太阳电池和一个p-n结硅电池叠合而形成高效MISNP复合结硅太阳电池，其效率已达22%。复合结太阳电池往往做成级联型，把宽禁带材料放在顶区，吸收阳光中的高能光子，用窄禁带材料吸收低能光子，使整个电池的光谱响应拓宽。砷化铝镓—砷化镓—硅太阳电池的效率高达31%。

按材料分类硅太阳电池敏化纳米晶太阳电池有机化合物太阳电池塑料太阳电池无机化合物半导体太阳电池无机化合物半导体电池

系指由两种或两种以上元素组成的具有半导体特性的化合物半导体材料制成的电池，如硫化镉太阳能电池、砷化镓太阳能电池、碲化镉太阳能电池、硒铟铜太阳能电池、磷化铟太阳能电池等。化合物半导体主要包括：①晶态无机化合物(如Ⅲ—V族化合物半导体砷化镓、磷化镓、磷化铟、锑化铟等，Ⅱ—Ⅵ族化合物半导体硫化镉、硫化锌等)及其固溶体(如镓铝砷、镓砷磷等)；②非晶态无机化合物，如玻璃半导体；③有机化合物，如有机半导体；④氧化物半导体，如MnO、Cr2O3、FeO、Fe2O3、Cu2O等。硅太阳能电池

系指以硅为基体材料的太阳能电池，有单晶硅电池、多晶硅电池等。多晶硅太阳能电池又有片状多晶硅电池、铸锭多晶硅电池、筒状多晶硅太阳能电池、球状多晶硅电池等多种。有机半导体太阳能电池

系指用含有一定数量的碳－碳键且导电能力介于金属和绝缘体之间的半导体材料制成的电池。有机半导体可分为3类：①分子晶体，如萘、有机蒽、嵌二萘、酞花菁铜等；②电荷转移络合物，如芳烃—卤素络合物、芳烃—金属卤化物等；③高聚物。

有机半导体材料的特殊性能来自其共轭结构，由于共轭结构上的π-π*跃迁所需能量较小，光子的能量即可将其激发—而光致电子跃迁，正是光电转化过程的基础。与硅、锗等无机半导体材料类似，有机半导体材料可以分为P型和N型两种，这两种类型的材料分别对空穴和电子进行选择性传输。

虽然同样称为“半导体材料”，但有机半导体与无机半导体中的电荷传输机制有很大不同。无机半导体中，原子之间以共价键结合，形成刚性的稳定晶格以及连续的导带和价带；导带中的电子（N型）或者价格中的空穴（P型）在电场作用下定向传输就形成了电流。而有机半导体中，共轭分子之间只以范德华力相结合，相互作用弱，材料的体相中不能形成像无机半导体那样的导带、价带结构。

以P型高分子半导体材料为例，在高分子链上的一些位置，共轭结构上因缺少电子而形成带正电的极化子（Polaron）或者双极化子（Bipolaron）。这些正电荷可以在高分子链上移动，也可以通过“跳跃（Hopping）”传输到其他高分子链上。对于小分子有机半导体来说，因为分子体积小，分子内电荷的移动对材料整体电荷传输来说并不重要，分子间的电荷跳跃就决定了材料的传输能力。

如前所述，当有机半导体材料吸收光子，其π轨道上的电子就会跃迁到π*反键轨道上。仍然与无机半导体不同的是，被激发后的电子仍旧与所在分子紧密结合，并不能像无机半导体内的激发电子一样自由运动。此时被激发的分子中含有一个能量较高的电子，这就可以理解为一对正负电荷以库仑力结合在一起。这样的分子称为“激子（Exciton）”。激子的存在亦是有机半导体的重要特征，也是有机太阳有电池与无机太阳能电池的最显著区别，因此也有人将有机太阳能电池称为“激子型太阳能电池（Excitonicsolarcells）”。2简介染料敏化纳米晶TiO2太阳能电池（DSSC）是一种化学太阳能电池，它的光电转换原理不同于传统硅系太阳能电池，具有制做工艺简单、对原材料纯度要求低、成本低等优点。其理论光电转换效率达到33%，这高于传统的半导体太阳能电池。DSC中敏化染料通过能级间电子的跃迁吸收太阳能光，通过与纳晶多孔TiO2膜的电子传递完成电子的转移，从而实现太阳能到电能的转换。经过十多年的发展，DSSC制备技术已逐渐走向成熟，当前其光电转换效率已达到11%，在使用固体电解时其也具有5%以的光电转换效率，具备了实用化的基本条件。染料敏化纳米晶TiO2太阳能电池1研究背景

20世纪70年代发展起来的硅、砷化镓等高效光伏电池，其光电转化效率通常大于18％，但是这些窄禁带的半导体有严重的光腐蚀现象，制备它们需要高纯的晶体材料，成本昂贵，一般只能在航天器等有限的范围使用，难以成为解决能源危机、大规模使用的可替代品。而TiO2等宽禁带半导体相对具有较高的光、热稳定性，具有更强的应用前景，因其只能够捕获紫外光，必须借助染料敏化将其光谱响应拓宽到可见光区。3基本结构及工作原理3.1基本结构

一个典型的DSSC（主要包括：纳米多孔TiO2半导体薄膜、透明导电玻璃、染料光敏化剂、空穴传输介质和对电极。

多孔纳米TiO2薄膜是电池的光阳极，其性能的好坏直接关系到太阳能电池的效率。这种薄膜一般是用TiO2纳米晶微粒涂覆在导电玻璃表面，在高温条件下烧结而形成多孔电极。

透明导电玻璃一般为ITO玻璃或TCO玻璃，起着传输和收集电子的作用。

染料光敏化剂是吸附在多孔电极表面的，要求具有很宽的可见光谱吸收及具有长期的稳定性。目前最好的是金属钌（Ru）的联吡啶配合物系列及金属锇（Os）的联吡啶配合物系列。

空穴传输介质主要起氧化还原作用和电子传输作用。根据传输介质的不同，分为液态电解质DSSC，溶胶—凝胶（准固态）DSSC和全固态DSSC。

对电极一般使用铂电极或具有单电子层的铂电极，主要用于收集电子。3.2工作原理

太阳光照射在电极上时，有机染料分子（Dye）获得能量，受到了激发，跃迁至激发态（Dye*）；激发态迅速向半导体电池的TiO2导带内注入电子，同时自身转化为染料氧化态（Dye＋）；注入导带中的电子富集到导电基底，并通过外电路流向对电极，形成电流。与此同时，处于氧化态的染料分子（Dye＋）由电解质溶液中的电子供体提供电子而回到基态，染料分子得以再生。电解质溶液中的电子供体在提供电子以后，扩散到对电极，重新得到电子而还原。从而，完成一个光电化学反应循环，也使电池各组分都回到初始状态.塑料太阳能电池科学家把太阳能电池嵌入塑料薄膜的表面,制成了太阳能发电薄膜。这种太阳能发电薄膜成本低，转换效率远远高于普通太阳能电池,可以有多种用途。采用塑料太阳能电池能给我们的生活提供极大的方便。比如，塑料太阳能电池可以嵌入手提电脑的外壳中，只要有光照，使用者可以随时给自己的电脑充电；塑料太阳能电池也可以装在电动汽车的车身上，为电动机提供电能;如果在房屋的屋顶上盖一层太阳能发电薄膜,我们就能够过上用电自给自足的日子了。

这种技术尤其适合我国西部地区的人们使用。那里干旱少雨,可是拥有十分充足的阳光，用上这种便宜的塑料太阳能电池,人们就不再为没有电而犯愁了。按光电转换机理传统太阳电池激子太阳电池有机半导体材料通过光吸收形成的激子（电子与空穴成对存在的分子激发状态）在pn结的界面上扩散，由于pn结界面的能级不同，使得电子与空穴发生分离。4.太阳能电池的结构及工作原理太阳能电池的结构太阳能电池发电原理当光线照射太阳能电池表面时，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了越迁，成为自由电子在P－N结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。这个过程的实质是：光子能量转换成电能的过程。太阳简介

太阳是离地球最近的一颗恒星,也是太阳的中心天体,它的质量占太阳系总质量的99.865%。太阳也是太阳系里惟一自己发光的天体,它给地球带来光和热。如果没有太阳光的照射,地面的温度将会很快地降低到接近绝对零度。由于太阳光的照射,地面平均温度才会保持在14℃左右,形成了人类和绝大部分生物生存的条件。除了原子能、地热和火山爆发的能量外,地面上大部分能源均直接或间接同太阳有关。太阳是一个主要由氢和氦组成的炽热的气体火球,半径为6.96×105km(是地球半径的109倍，质量约为1.99×1027t(是地球质量的33万倍)，平均密度约为地球的1/4。太阳表面的有效温度为5762K,而内部中心区域的温度则高达几千万度。太阳的能量主要来源于氢聚变成氦的聚变反应,每秒有6.57×1011kg的氢聚合生成氦,连续产生3.90×1023kW能量。这些能量以电磁波的形式,以3×105km/s的速度穿越太空射向四面八方。地球只接受到太阳总辐射的二十二亿分之一,即有1.77×1014kW达到地球大气层上边缘(“上界”),由于穿越大气层时的衰减,最后约8.5×1013kW到达地球表面,这个数量相当于全世界发电量的几十万倍。根据目前太阳产生的核能速率估算,氢的储量足够维持600亿年,而地球内部组织因热核反应聚合成氦,它的寿命约为50亿年,因此,从这个意义上讲,可以说太阳的能量是取之不尽、用之不竭的。

（1）光热利用它的基本原理是将太阳辐射能收集起来，通过与物质的相互作用转换成热能加以利用。通常根据所能达到的温度和用途的不同，而把太阳能光热利用分为低温利用（＜200℃）、中温利用（200～800℃）和高温利用（＞800℃）。目前低温利用主要有太阳能热水器、太阳能干燥器、太阳能蒸馏器、太阳房、太阳能温室、太阳能空调制冷系统等，中温利用主要有太阳灶、太阳能热发电聚光集热装置等，高温利用主要有高温太阳炉等。

（2）太阳能发电未来太阳能的大规模利用是用来发电。利用太阳能发电的方式有多种。目前已实用的主要有以下两种。①光—热—电转换。即利用太阳辐射所产生的热能发电。一般是用太阳能集热器将所吸收的热能转换为工质的蒸汽，然后由蒸汽驱动气轮机带动发电机发电。前一过程为光—热转换，后一过程为热—电转换。②光—电转换。其基本原理是利用光生伏打效应将太阳辐射能直接转换为电能，它的基本装置是太阳能电池。

（3）光化利用这是一种利用太阳辐射能直接分解水制氢的光—化学转换方式。

（4）光生物利用通过植物的光合作用来实现将太阳能转换成为生物质的过程。目前主要有速生植物（如薪炭林）、油料作物和巨型海藻。太阳能利用基本方式可以分为如下四大类5.太阳能电池的生产工艺导电玻璃膜切割清洗

检测镀铝电极沉积PN结老化检测封装成品检测太阳能电池组件生产工艺

组件线又叫封装线，封装是太阳能电池生产中的关键步骤，没有良好的封装工艺，多好的电池也生产不出好的组件板。电池的封装不仅可以使电池的寿命得到保证，而且还增强了电池的抗击强度。产品的高质量和高寿命是赢得可客户满意的关键，所以组件板的封装质量非常重要。

流程：

1、电池检测—2、正面焊接并检验—3、背面串接并检验—4、敷设（玻璃清洗、材料切割、玻璃预处理、敷设）—5、层压—6、去毛边（去边、清洗）—7、装边框（涂胶、装角键、冲孔、装框、擦洗余胶）—8、焊接接线盒—9、高压测试—10、组件测试—外观检验—11、包装入库

工艺简介电池测试：由于电池片制作条件的随机性，生产出来的电池性能不尽相同，所以为了有效的将性能一致或相近的电池组合在一起，所以应根据其性能参数进行分类；电池测试即通过测试电池的输出参数（电流和电压）的大小对其进行分类。以提高电池的利用率，做出质量合格的电池组件。正面焊接：是将汇流带焊接到电池正面（负极）的主栅线上，汇流带为镀锡的铜带，我们使用的焊接机可以将焊带以多点的形式点焊在主栅线上。焊接用的热源为一个红外灯（利用红外线的热效应）。焊带的长度约为电池边长的2倍。多出的焊带在背面焊接时与后面的电池片的背面电极相连

背面串接：背面焊接是将36片电池串接在一起形成一个组件串，我们目前采用的工艺是手动的，电池的定位主要靠一个膜具板，上面有36个放置电池片的凹槽，槽的大小和电池的大小相对应，槽的位置已经设计好，不同规格的组件使用不同的模板，操作者使用电烙铁和焊锡丝将“前面电池”的正面电极（负极）焊接到“后面电池”的背面电极（正极）上，这样依次将36片串接在一起并在组件串的正负极焊接出引线。

层压敷设：背面串接好且经过检验合格后，将组件串、玻璃和切割好的EVA、玻璃纤维、背板按照一定的层次敷设好，准备层压。玻璃事先涂一层试剂（primer）以增加玻璃和EVA的粘接强度。敷设时保证电池串与玻璃等材料的相对位置，调整好电池间的距离，为层压打好基础。（敷设层次：由下向上：玻璃、EVA、电池、EVA、玻璃纤维、背板）。

组件层压：将敷设好的电池放入层压机内，通过抽真空将组件内的空气抽出，然后加热使EVA熔化将电池、玻璃和背板粘接在一起；最后冷却取出组件。层压工艺是组件生产的关键一步，层压温度层压时间根据EVA的性质决定。我们使用快速固化EVA时，层压循环时间约为25分钟。固化温度为150℃。

修边：层压时EVA熔化后由于压力而向外延伸固化形成毛边，所以层压完毕应将其切除。

装框：类似与给玻璃装一个镜框；给玻璃组件装铝框，增加组件的强度，进一步的密封电池组件，延长电池的使用寿命。边框和玻璃组件的缝隙用硅酮树脂填充。各边框间用角键连接。

焊接接线盒：在组件背面引线处焊接一个盒子，以利于电池与其他设备或电池间的连接。

高压测试：高压测试是指在组件边框和电极引线间施加一定的电压，测试组件的耐压性和绝缘强度，以保证组件在恶劣的自然条件（雷击等）下不被损坏。

组件测试：测试的目的是对电池的输出功率进行标定，测试其输出特性，确定组件的质量等级。组件高效和高寿命如何保证：

高转换效率、高质量的电池片；高质量的原材料，例如：高的交联度的EVA、高粘结强度的封装剂（中性硅酮树脂胶）、高透光率高强度的钢化玻璃等；合理的封装工艺员工严谨的工作作风；由于太阳电池属于高科技产品，生产过程中一些细节问题，一些不起眼问题如应该戴手套而不戴、应该均匀的涂刷试剂而潦草完事等都是影响产品质量的大敌，所以除了制定合理的制作工艺外，员工的认真和严谨是非常重要的。

6.太阳能电池的应用上世纪60年代，科学家们就已经将太阳电池应用于空间技术——通信卫星供电，上世纪末，在人类不断自我反省的过程中，对于光伏发电这种如此清洁和直接的能源形式已愈加亲切，不仅在空间应用，在众多领域中也大显身手。如：太阳能庭院灯、太阳能发电户用系统、村寨供电的独立系统、光伏水泵（饮水或灌溉）、通信电源、石油输油管道阴极保护、光缆通信泵站电源、海水淡化系统、城镇中路标、高速公路路标等。欧美等先进国家将光伏发电并入城市用电系统及边远地区自然界村落供电系统纳入发展方向。太阳电池与建筑系统的结合已经形成产业化趋势用户太阳能电源1.小型电源10-100W不等，用于边远无电地区如高原、海岛、牧区、边防哨所等军民生活用电，如照明、电视、收录机等

太阳能电源太阳能逆变器2.3-5KW家庭屋顶并网发电系统；太阳能机场电站即将在海口美兰机场实现

阳光电源承建的上海世博会大型光伏电站成功并网发电3.光伏水泵：解决无电地区的深水井饮用、灌溉

交通领域如航标灯、交通/铁路信号灯、交通警示/标志灯、路灯、高空障碍灯、高速公路/铁路无线电话亭、无人值守道班供电等。通讯/通信领域太阳能无人值守微波中继站、光缆维护站、广播/通讯/寻呼电源系统；农村载波电话光伏系统、小型通信机、士兵GPS供电等。石油、海洋、气象领域石油管道和水库闸门阴极保护太阳能电源系统、石油钻井平台生活及应急电源、海洋检测设备、气象/水文观测设备等风云三号气象卫星的太阳能电池光伏航标灯海洋气象监测标

家庭灯具电源如庭院灯、路灯、手提灯、野营灯、登山灯、垂钓灯、黑光灯、割胶灯、节能灯等。光伏电站10KW-50MW独立光伏电站、风光（柴）互补电站、各种大型停车厂充电站等。用于“神六”的太阳能电池

生物电池第七节生物电池生物电池的定义：

生物电池，是利用碳水化合物、蛋白质、氨基酸、脂肪等为原料，通过酶分解来发电的一种装置，即是将生物质能直接转化为电能的装置，从原理上来讲，生物质能能够直接转化为电能。主要是因为生物体内存在与能量代谢关系密切的氧化还原反应。这些氧化还原反应彼此影响，互相依存，形成网络，进行生物的能量代谢。生物电池的分类：单步反应型生物电池（生物体内的氧化还原物质发生氧化还原反应制成的生物电池）生物电池多步反应型生物电池（生物体内外的氧化还原物质发生氧化还原反应制成的生物电池）细胞型生物电池（生物体细胞外的氧化还原物质发生氧化还原反应制成的生物电池）生物电池的分类：生物电池的工作原理：以索尼公司开发的新型生物电池为例生物电池包括一个由糖分解酶和介质组成的阳极，一个由氧再生酶和介质组成的阴极，这两端由玻璃纸分隔开。阳极释放电子，氢离子通过下面的过程通过氧化酶的作用从葡萄糖中分解出来。

葡萄糖葡糖酸内酯＋2H+＋2e-

氢离子穿过隔离器向阴极移动，一旦抵达阴极氢离子和电子就和氧结合产生水。

(1/2)O2＋2H+＋2e-H2O

在这一过程电化学反应当中，电子穿过外部的线路产生电能。阳极阴极糖分解酶介质介质氧再生酶玻璃纸葡萄糖葡萄酸内酯生物电池发展史：

a.1911年,英国植物学家Potter用酵母和大肠杆菌进行实验，宣布利用微生物可以产生电流，生物电池研究由此开始；

b.40多年之后,美国空间科学研究促进了生物电池的发展，当时研究的目标是开发一种用于空间飞行器中、以宇航员生活废物为原料的生物燃料电池；

c.从60年代后期到70年代，直接生物电池逐渐成为研究的中心。热点之一是开发可植入人体、作为心脏起搏器或人工心脏等人造器官电源的生物电池；

d.80年代后，氧化还原介体(Mediator)的广泛应用，相关的研究大多集中于阳极；

e.近年，开发无隔膜的生物电池；生物电池的最新成果：

2007年8月，Sony公司宣布开发出一种新型的生物电池，这种电池通过使用生化酶作为催化剂，将碳水化合物（糖）转换为电能输出。开创了生物电池的新纪元。50mw/40cc

2009年，在FCexpo(国际氢燃料电池展)上，Sony公司演示了喝“可乐”的生物电池，所发的电力带动与马达连接的风扇。70mw/28cc索尼发明的这种系统使用了有效的固化酶和相关介质，同时保持了阳极上酶的活性。该公司还开发出了一种新型阴极结构，可以有效地为电极供应氧，又能够确保适当的水分。正是应用了这两种技术优化的电解液，才实现了高能量的输出。生物电池的优点：生物电池为人们所重视，有它的独特优点：

a.原料广泛，可以利用一般电池所不能利用的多种有机、无机物质作为原料，甚至可利用光合作用或直接利用污水等。

b.操作条件温和，由于酶的催化作用，一般是在常温、常压、接近中性的环境中工作的。

c.对环境友好，不含普通电池所有的酸碱，重金属等污染物，不会对环境造成危害，是典型的绿色电池。生物电池的应用：

航天工业

电子工业

化学、化工研究

便携式移动电源

医疗应用领域影响生物燃料电池性能的主要因素：

a.燃料氧化速率；

b.电子由催化剂到电极的传递速率；

c.回路的电阻；

d.质子通过膜传递到阴极的速率以及阴极上的还原速率；

e.对周边环境敏感；

解决办法：

a.对酶的外壳进行修饰，再将其固定到电极表面从而实现电子的直接传递；

b.直接用导电聚合物固定酶，使导电聚合物深入到酶的活性中心附近，从而大大缩短电子传递的距离，实现电子的直接传递；

c.通过在电极表面进行贵金属纳米粒子、以及碳纳米管等物质的修饰，利用纳米粒子的尺寸效应、表面效应等奇妙的特性来实现直接的、快速的电子传递；生物电池的发展前景

生物电池的潜在市场是巨大的，因为它原料的广泛可取性以及能够提供清洁高效的能量。生物电池技术的适用性和灵活性将会扩展其潜在的市场，这个市场包括从小型的便携式动力装置到中等规模的工业用动力装置。全世界范围内进行的产品研发活动正努力把可能变为现实。不久的将来，生物电池将作为心脏起搏器的电源而被广泛的应用于医疗领域。随着世界航天事业的不断发展进步，生物电池的作用极大的凸现出来。在绿色环保电池逐渐取代传统电池的过程中，生物电池的发展前景乐观且巨大。第八节电解与电镀一电解原理二氯碱工业一、电解饱和食盐水反应原理二、离子交换膜法制烧碱一、电解原理二、铜的电解精炼三、电镀铜四、电解硫酸铜溶液五、电解水三电镀其应用一、电解原理：1、电解氯化铜溶液：电解CuCl2溶液；并检验Cl2