图解化学电池

第1 章 化学电池的发展史
1.1 电池的种类及现状 2
1.1.1 化学电池 2
1.1.2 物理电池和生物电池 4
1.1.3 实用电池应具备的条件及常用电池的特性 6
1.1.4 一次电池和二次电池的主要用途 8
1.2 电池的发展简史①——从巴格达电池到伏打电池 10
1.2.1 世界最早的电池——制作于陶罐中的巴格达电池 10
1.2.2 利用青蛙腿制作电池？——伽伐尼的实验 12
1.2.3 电池的发明——干电池起始于湿式 14
1.3 电池的发展简史②——从伏打电池到丹聂耳电池 16
1.3.1 伏打电池的起电原理 16
1.3.2 伏打电池的缺点——正极析氢 18
1.3.3 克服伏打电池缺点的丹聂耳电池——无隔断的情况分析 20
1.3.4 克服伏打电池缺点的丹聂耳电池——采用无孔隙的完全隔断的情况分析 22
1.4 电池的发展简史③——从丹聂耳电池到勒克朗谢电池 24
1.4.1 丹聂耳电池的关键——素烧瓷隔断中的微孔 24
1.4.2 丹聂耳电池的缺点——离子化倾向 26
1.4.3 从勒克朗谢（湿）电池到干电池 28
1.4.4 干电池的代表 30
1.4.5 常用干电池的分类 32
1.5 电池的三个基本参量和构成电池的四要素 34
1.5.1 用储水罐说明电池的三个基本参量 34
1.5.2 电池的容量——可取出电（荷）的量 36
1.5.3 电池的电压——起电力 38
1.5.4 电池的电能——电池电压与电荷量的乘积 40
1.5.5 构成电池的四要素 42
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从氧化还原反应认识化学电池用电极材料 44

第2 章 一次电池和二次电池
2.1 常用一次电池 46
2.1.1 不断进步的干电池 46
2.1.2 锰干电池的标准放电曲线 48
2.1.3 锂一次电池的结构 50
2.1.4 锰氧化物简介 52
2.1.5 锰氧化物的各种晶体结构 54
2.2 常用二次电池 56
2.2.1 二次电池简介 56
2.2.2 二次电池的早期代表——铅- 酸蓄电池 58
2.2.3 铅- 酸蓄电池已历逾一个半世纪 60
2.2.4 铅- 酸蓄电池的充放电反应 62
2.2.5 镍- 镉电池 64
2.2.6 镍- 氢电池 66
2.2.7 镍- 锌电池 68
2.3 二次电池的特性 70
2.3.1 二次电池的特性对比 70
2.3.2 不同应用领域对二次电池的性能要求 72
2.3.3 不同二次电池的放电特性比较 74
2.3.4 二次电池应用于不同领域的发展势态 76
2.4 二次电池的产业化现状 78
2.4.1 电动汽车的关键技术 78
2.4.2 二次电池与电动汽车 80
2.4.3 二次电池的普及 82
2.4.4 二次电池能量密度和功率密度的比较 84
2.4.5 美国的“电池曼哈顿计划” 86
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二次电池中为什么讲正极和负极而不讲阳极和阴极？ 88

第3 章 锂离子电池
3.1 锂离子电池的工作原理 90
3.1.1 锂离子电池的发展经历 90
3.1.2 锂离子电池的工作原理 92
3.1.3 锂离子电池的应用——以移动电子产品为例 94
3.1.4 锂离子电池的充放电过程 96
3.1.5 锂离子电池的充放电反应 98
3.1.6 锂离子电池的结构和组装 100
3.1.7 锂离子电池用的四大关键材料 102
3.2 锂离子电池的正极材料 104
3.2.1 正极材料的选取原则 104
3.2.2 锂离子电池各种正极材料的比较 106
3.2.3 层状结构氧化物正极材料 108
3.2.4 尖晶石结构正极材料 110
3.2.5 橄榄石结构正极材料 112
3.3 锂离子电池的负极材料 114
3.3.1 负极材料储锂机理及负极材料的分类 114
3.3.2 负极材料的进展 116
3.3.3 碳负极材料 118
3.3.4 合金化负极材料 120
3.4 导电添加剂和石墨烯 122
3.4.1 导电添加剂在锂离子电池中的作用 122
3.4.2 炭黑和碳纳米管导电添加剂 124
3.4.3 石墨烯简介 126
3.4.4 石墨烯“自上而下”和“自下而上”的生长方式 128
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二次电池缘何相中了锂离子？ 130

第4 章 研发中的新型二次电池
4.1 从有机电解液到固体电解质 132
4.1.1 锂离子电池的安全隐患 132
4.1.2 各种电解质的比较 134
4.1.3 锂- 聚合物二次电池 136
4.1.4 开发中的固体电解质 138
4.1.5 全固态二次电池的优势 140
4.1.6 全固态二次电池的开发 142
4.1.7 全固态二次电池的开发目标和发展前景 144
4.2 开发中的锂二次电池 146
4.2.1 锂- 二氧化锰电池 146
4.2.2 锂- 硫电池 148
4.2.3 锂- 硫化铁电池 150
4.2.4 钠- 硫电池 152
4.3 锂- 空气二次电池和超级电容器 154
4.3.1 锂- 空气二次电池 154
4.3.2 锂- 铜二次电池 156
4.3.3 氧化还原液流电池和全钒液流电池 158
4.3.4 超级电容器 160
4.3.5 超级电容器的应用 162
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新材料延长锂金属电池寿命，增加汽车机动性 164

第5 章 燃料电池原理及基本要素
5.1 燃料电池发展概述 166
5.1.1 燃料电池的发展简史及应用概况 166
5.1.2 燃料电池与普通化学电池（一次、二次电池）的基本差异 168
5.1.3 Bauru 和Toplex 燃料电池的原理 170
5.1.4 Beacon 燃料电池的诞生 172
5.2 燃料电池的发电原理 174
5.2.1 燃料电池由氢、氧反应发电 174
5.2.2 燃料电池直接将燃料变成电 176
5.2.3 燃料电池与火力发电的比较 178
5.2.4 人类身体与燃料电池非常相似 180
5.3 燃料电池基本要素 182
5.3.1 氢- 氧燃料电池发电过程 182
5.3.2 燃料电池的理论效率 184
5.3.3 实例一——碱型燃料电池 186
5.3.4 实例二——直接甲醇燃料型和高分子电解质型燃料电池 188
5.4 燃料电池的种类 190
5.4.1 燃料电池分类方法及一般构造 190
5.4.2 电解质与燃料电池的种类 192
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享受更多蓝天，清洁能源要领跑 194

第6 章 常用燃料电池的原理与结构
6.1 磷酸型燃料电池（PAFC） 196
6.1.1 磷酸型燃料电池的工作原理 196
6.1.2 已实现长寿命的磷酸型燃料电池 198
6.1.3 磷酸型燃料电池的改进 200
6.2 熔融碳酸盐型燃料电池（MCFC） 202
6.2.1 熔融碳酸盐型燃料电池的工作原理 202
6.2.2 单电池的构成和发电原理 204
6.2.3 MCFC 燃料电池的构成材料 206
6.2.4 MCFC 燃料电池长寿命化的措施 208
6.2.5 熔融碳酸盐型燃料电池的重整方式 210
6.3 高温固体电解质型燃料电池（SOFC） 212
6.3.1 高温固体电解质型燃料电池的工作原理 212
6.3.2 高温固体电解质型燃料电池的单电池（cell）构造 214
6.3.3 目标为大规模发电和小型电源的固体氧化物型燃料电池 216
6.3.4 高温固体电解质型燃料电池的特性 218
6.4 高分子电解质型燃料电池（PEFC） 220
6.4.1 高分子电解质型燃料电池的工作原理 220
6.4.2 高分子电解质型燃料电池的改进 222
6.4.3 各种各样的汽车用燃料电池系统 224
6.4.4 直接使用氢气型汽车用燃料电池 226
6.5 储氢技术与储氢材料 228
6.5.1 氢的安全容器——储氢合金 228
6.5.2 吸氢合金——以比液氢更小的体积储氢 230
6.5.3 无机氢化物储氢材料 232
6.6 几种有可能实现的燃料电池 234
6.6.1 工作温度可降低的SOFC 234
6.6.2 可利用煤炭的燃料电池 236
6.6.3 可利用废弃物的燃料电池 238
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清洁能源，越走越近 240

参考文献 241

作者简介 242