2024版 电化学储能基本知识培训教材

pinghe@•1799年物理学家伏打（Volt）发现伏打电堆；•1800年尼克松（Nichoson）和卡里苏（Carlisle）利用伏打电堆电解水；•1870年发电机发明，促进电化学发展；•1826年欧姆（Ohm）定律发现；•1833年法拉第定律发现，电化学成为一门独立的学科；•1870s亥姆荷茨（Helmholtz）提出双电层概念；•1887年阿累尼乌斯（Arrhenius）提出电离学说；•1889年能斯特（Nernst）提出电极电位公式，对电化学热力学巨大贡献；•1905年塔菲尔（Tafel）提出电流密度与氢过电位之间的半对数经验公式；•1940s弗鲁姆金(Фрумкин)学派在电化学动力学和双电层结构研究方面取得重大进展；格莱亨（Grahame）通过滴汞电极系统地研究两类导体界面。•1960s电化学学科迅速发展，非稳态传质过程动力学、复杂电极过程动力学理论发展；交流阻抗法、暂态测试方法、线性电位扫描法、旋转环盘电极系统等都有了突破性的发展；•近20年来，电池化学、量子电化学、光谱电化学、纳米电化学均有很大发展。第一类导体：依靠物体内部自由电子的定向运动而导电的物体，即载流子为自由电子（或空穴）的导体，叫做电子导体，也称为第一类导体。第二类导体：凡是依靠物体内部离子运动而导电的导体叫做离子导体，也称为第二类导体。如，电解质溶液、熔融盐、固体电解质等。回路中，电荷的连续流动是依靠在两类导体界面上两种不同载流子之间的电荷转移来实现的。由两类不同导体组成，在电荷转移时不可避免的伴随物质变化的体系，称为电化学体系。这是电化学包括电化学储能科学研究的对象。两类导体界面上发生的氧化还原反应称为电极反应。常常把电化学体系中发生的、伴随电荷转移的化学反应统称为物理化学中已经学过，理想溶液中组分i的化学势等温式为：yi为i的摩尔分数，R为摩尔气体常数，T为热力学温度。真实溶液中的性质与理想溶液有一定偏差，引入一个新参数αi来表达真实溶液中的化学势：μi=μi0+RTlnαii称为活度；活度与浓度的比值γ可以反映溶液中粒子间互相作用引起的真实溶液与理想溶液的偏差，称为活度系数：单种离子的活度往往无法测量，人们只能测出整个电解质的活度，因此引入电解质平均活度和平均活度系数的概念：电解质活度电解质活度α=αv电解质平均活度系数与溶液中的总的离子浓度和离子电荷有关，与离子本性无关。目前，许多电解质溶液的平均活度系数可以从物理化学手册中查到。问题：请计算0.1mol/kgNa2SO4溶液的平均活度。（查表得到Na2SO4溶液平均活度系数为0.453） μi=μi+nF(Ψ+x)φ=Ψ+xM相内电位μi=μi由于不同金属逸出功的不等，导致界面出现剩余电荷，形成双1，分析两相间出现电位差的原因，并判断下列相间是否有电位差存在。（1）铜|乙醇（2）金属锂|LiClO4/EC2，一个电化学体系中包括哪些相间电位，他们有哪些相同绝对电位：电极（电子导电相）和溶液（离子导电相）之间的内电位差的绝对值ΔMφS绝对电位不可能测量得到。PotentialE铜线E铜线任何一个电极的相对电位等于该电极与标准氢电极所组成的原电池的电上发生氧化反应，则该电极电位为负值。化学反应与电池反应A+B=ABΔG=ΣΔG(products)-ΣΔG(reactants)化学反应与电池反应AB相为电子导体；ΔG=ΣΔG(products)-ΣΔG(reactants)ΔG=-W=-nFE）：）：Li+C6=LiC6Li+O2=Li2O22Zn+O2=2ZnO）：A+BX=AX+BLi+CuO=Li2O+Cu）：在某些层状晶体结构（layer-typercrystaxA+BX=AxBX（1-x）Li+CoO2=Li1-xCoO2）：）：利用库伦滴定技术（Coulometrictitrati）：）：在不考虑阻抗的情况下，输出电压Eout可以看做等同于Ethfi+te=1正极：I2+10wt%poly-2-vdE/dT=AS,/aiF=-5.2X10-4V/K），电极经历多个反应，自由度均为F=2电极经历多个反应，各个反应不相同LTO体系放电过程随着反应进行，两相中组分不变，但两相的相对数量发生转变。表现为两相界面发生移动。LiMn2O4电位-组分晶格常数的变化库伦滴定技术使得在相成分发生微小变化时，研究每一相的性质变得简单：可以获得随成分而变化的电位以及移动离子的活度。该方法的应用需要做这几个假设1）电解液只能传递离子2）无活性物质的损失3）扩散速率足够快。平衡和近平衡态条件下的BinaryElectrodesUnderEquilibriumorNear-EquilibriumConditions相平衡（phaseequilibrium在一定的条件下，当一个多相系统中各相的性质和数量均不随时间变化时，称此系统处于相平衡。此时从宏观上看，没有物质由一相向另一相的净迁移，但从微观上看，不同相间分子转移并未停止，只是两个方向的迁移速率相同而已。二元相图通常是由温度与合金材料总组分数切勿与可逆过程的概念相混淆！组成的二维图谱。可逆过程是指热力学系统在状态变化时经历的一种理想过程。热力学系统由某一状态出发，经过某一过程到达另一状态后，如果存在另一过程，它能使系统和外界完全复原，即使系统回到原来状态，同时又完全消除原来过程对外界所产生的一切影响，则原来的过程称为可逆过程。反之，如果无论采用何种办法都不能使系统和外界完全复原，则原来的过程称为不可逆过程。二元相图与电极电位变化关系。（linephases）Eo是纯锂的电位。实验测得912mV纳-硫电池Na(L)/Na-beta-alumina/S(L)1，电池系统的强度性质可以通过热力学数据和相图来获得。（topotactically）；（2）重整反应（reconstitutionreaction）,异相地（heterophase）4，在平衡和准平衡条件下，反应电位与吉布斯自由能变化的4，在平衡和准平衡条件下，反应电位与吉布斯自由能变化的铅酸电池概述1859年雷蒙德.加斯顿.普朗特（RaymondGastonP铅酸电池。2铅酸电池的电池组铅酸电池组放电曲线镍氢电池简介小型镍氢电池比能量可以达到100Wh/kg,大型电池由75Wh/kg。体积比能量300Wh/L,池市场中50%是镍氢电池，到2011年该数据降低到22%。(Nov.24,1922–Oct.17,2012)andDVD;氢燃料电池;相转变存储器；神将生理学；智能机器；控制论。正极：NiOOH负极：储氢合金镍氢电池化学镍氢电池特性KOH15~20g/L。以圆柱型电池为例： 正极片 负极片外壳PIC元件隔膜卷制接引线插入 正极片 负极片外壳PIC元件封口外包装封口正极：铝箔（16~25um）+活性物质~180um负极：铜箔（10~20um）+活性物质~200um隔膜：聚烃烯（16~25um）以18650圆柱型电池为例：正极：12gLiCoO2涂覆在集流体的正反两面，厚度约7mil负极：6.5ggraphite（容量利用270mAh/g）态，在使用以前必须进行充电。类型碱性燃料电池磷酸燃料电池质子交换膜燃料电池熔融碳酸盐燃料电池固体氧化物燃料电池英文简称AFCPEMFCMCFCSOFC氢氧化钾磷酸质子交