化学电源bei专业知识讲座省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

10.4 10.4 10.4 10.4 化学电源化学电源化学电源化学电源 当今，化学与物理当今，化学与物理当今，化学与物理当今，化学与物理电源已广泛应用于信电源已广泛应用于信电源已广泛应用于信电源已广泛应用于信息、能源、交通运输、息、能源、交通运输、息、能源、交通运输、息、能源、交通运输、办公、工业自动化、办公、工业自动化、办公、工业自动化、办公、工业自动化、日常生活、卫星、载日常生活、卫星、载日常生活、卫星、载日常生活、卫星、载人飞船、军事武器与人飞船、军事武器与人飞船、军事武器与人飞船、军事武器与装备等各个领域。装备等各个领域。装备等各个领域。装备等各个领域。化学电源化学电源(电池电池)：原电池、蓄电池、贮备电池、燃料电池原电池、蓄电池、贮备电池、燃料电池 等等物理电源：物理电源：太阳能电池、温差发电器太阳能电池、温差发电器 等等第1页3 3、燃料电池、燃料电池（连续电池）一、化学电源分类一、化学电源分类2 2、二次电池、二次电池 放电后经充电可使活性物质恢复工作能力。如：铅酸蓄电池、镉镍电池、氢(MH)镍电池、钠硫电池 等1 1、一次电池、一次电池 只能使用一次，活性物质耗尽后，不可经过充电方式使其恢复。如：锌锰电池、锌银电池、锌空（气）电池、锂一次电池 等如：氢气、甲醇、天然气、煤气等可燃物作为负极反应物氧气作为正极反应物普通用 组成燃料电池使用电池（按电池工作性质分）第2页二、化学电源性能和指标二、化学电源性能和指标主要有三个指标：主要有三个指标：容量、比能量、寿命容量、比能量、寿命电池容量是指电池存放电量大小量。1 1、电池容量、电池容量普通用以 安培小时安培小时 为单位表示（AhAh）例：例：额定容量为额定容量为1.3Ah1.3Ah电池电池 假如以130mA电流放电，那么该电池能够连续工作10小时；假如以1300mA电流放电，那供电时间就只有1小时左右。第3页2 2、电池能量密度（比能量）、电池能量密度（比能量）指：电池平均单位体积或质量所能释放出电能。Whdm-3 Whkg-1 活性物质量例：例：铅酸蓄电池比能量计算铅酸蓄电池比能量计算 电池反应：电池反应：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O E=2.044V依Faraday定律可算出，每产生1 A h电量要消耗：3.866g Pb (PbPb2+)4.663g PbO2 (PbO2Pb2+)三者之和约为0.012Kg 3.659g H2SO4质量比能量质量比能量=EI t/反应物质量=2.0441/0.012=170.3 w h kg-1第4页第5页化学电源寿命包含：化学电源寿命包含：使用寿命使用寿命 充放寿命充放寿命 贮存寿命贮存寿命3 3、电池寿命、电池寿命指二次电池充放周期次数14.80 Volts40000 mAh216.00 x51.80 x15.00mm质保三月质保三月索尼索尼PCG-Z600笔记本锂离子电池笔记本锂离子电池-可重复充放电可重复充放电500800次左右次左右-实践证实：实践证实：经过充分激活与降低充电次数能够有效延长锂离子电池寿命。第6页 老产品要深入提升其性能、延长使用寿命、老产品要深入提升其性能、延长使用寿命、降低成本和降低原材料消耗降低成本和降低原材料消耗 研制出更多新系列产品研制出更多新系列产品 都要满足：体积小、重量轻、容量大、使用寿都要满足：体积小、重量轻、容量大、使用寿 命长、成本低、便于使用维护、无污染。命长、成本低、便于使用维护、无污染。节约资源、环境保护节约资源、环境保护节约资源、环境保护节约资源、环境保护三、化学电源发展方向三、化学电源发展方向电池发展史第7页四、经典化学电池介绍四、经典化学电池介绍、一次电池一次电池1 1、锰干电池、锰干电池（锌锰电池锌锰电池）NH4Cl、ZnCl2 和和 H2O等等锌筒锌筒石墨棒石墨棒MnO2和和C中性锌锰电池碱性锌锰电池第8页中性锌锰电池：中性锌锰电池：-Zn|ZnCl(NH4Cl)H2O|MnO2|C +碱性锌锰电池：碱性锌锰电池：-Zn|浓浓KOH(K2Zn(OH)4)|MnO2|C +负极侧负极侧正极侧正极侧电池反应：电池反应：优点优点第9页2 2、银锌电池银锌电池电池结构：用不锈钢制成小圆盒，盒内一端填充氧电池结构：用不锈钢制成小圆盒，盒内一端填充氧 化银和石墨组成活性材料，另一端填充化银和石墨组成活性材料，另一端填充 锌汞合金组成活性材料。锌汞合金组成活性材料。形似纽扣，故称纽扣电池。Zn(s)|Zn(OH)2(s)|KOH(40%)+K2ZnO2(饱和液饱和液)|Ag2O(s)|Ag(s)+负极负极 Zn+2OH-Zn(OH)2+2e-正极正极 Ag2O+H2O+2e-2Ag+2OH-电池反应：电池反应：Zn+Ag2O=ZnO+2Ag 银锌电池适合用于小电流连续放电微型银锌电池适合用于小电流连续放电微型器具，输出电流为微安级，标称电压为器具，输出电流为微安级，标称电压为1.55V1.55V。广泛用于电子手表、摄影机、微型电子仪器广泛用于电子手表、摄影机、微型电子仪器等小型电子器具。等小型电子器具。第10页、二次电池二次电池1 1、铅酸蓄电池、铅酸蓄电池有有150150多年历史，优点是性能良好，价格低廉；缺点是比较粗笨。多年历史，优点是性能良好，价格低廉；缺点是比较粗笨。1859年法国工程师普兰特创造第11页-Pb(s)|H2SO4(=1.221.28gcm-3)|PbO2(s)|Pb(s)+正极活性物质是PbO2电池结构电池结构 负极活性物质是海绵状金属Pb 电解液是稀硫酸（密度在 1.051.28 gcm-3 之间）停顿放电 停顿充电 传统铅酸蓄电池传统铅酸蓄电池（开口电池）问题：问题：1、重复充电有水损失，需要补充蒸馏水维护；2、充电后期 or 过充电，正极析O2，负极析H2，电池不能密封。第12页电动车蓄电池充、放电特征电动车蓄电池充、放电特征放电特征：充电特征：停顿放电充电后期，充电后期，90%以上以上活性物质被还原为活性物质被还原为PbO2和海绵状和海绵状Pb了，了，深入充电，就会电解深入充电，就会电解水，生成水，生成H2和和O2气，气，引发失水。引发失水。第13页新型免维护密封式铅酸蓄电池：新型免维护密封式铅酸蓄电池：电极材料改进第14页2 2、镉镍蓄电池、镉镍蓄电池特点：特点：自放电小，耐过充放电能力强，循环寿命长，但电流效率及能量 效率欠佳，活性物质利用率较低，有记忆效应。Cd(s)|Cd(OH)2(s)|KOH(aq)|Ni(OH)2(s)|NiOOH(s)负极负极 Cd+2OH-Cd(OH)2+2e-正极正极 NiOOH+2H2O+2e-Ni(OH)2+2OH-电池反应电池反应:NiOOH+Cd+2H2O 2Ni(OH)2+Cd(OH)2 镉化合物能在植物和水生生物体内积蓄，镉能引发高血压、神经痛、骨质松软、肾炎和内分泌失调等症。(发达国家禁止使用镉镍电池)第15页3 3、镍氢电池、镍氢电池为了处理金属镉对环境污染问题，人们用贮氢金属代替镉电极。特点：比能量高，环境保护，无记忆效应，特点：比能量高，环境保护，无记忆效应，充放充放 电循环寿命长，耐过充放电能力强。电循环寿命长，耐过充放电能力强。不产生镉污染，被誉为“绿色电池”-MHx|KOH|NiOOH +负极负极 MHx+xOH-xH2O+M+xe-正极正极 NiOOH+H2O+e-Ni(OH)2+OH-电池反应电池反应:MHx+xNiOOH M+xNi(OH)2金属氢化物第16页4 4、锂离子电池、锂离子电池 指以两种不一样能够可逆地插入及脱出锂离子嵌锂化合物分别作为电池正极和负极二次电池体系。-LiC6 LiPF6碳酸乙脂溶液碳酸乙脂溶液 LiCoO2 +例：例：LiCoO2和碳电极组成锂离子电池锂嵌入石墨 含锂盐有机溶液 锂钴氧化物放电：放电：充放电原理示意图第17页优点：优点：锂离子电池含有比能量高、体积小、重量轻、工作电压高、循环寿 命高、基本无记忆效应、无污染、自放电小。应用范围：应用范围：广泛用于移动通讯、笔记本电脑、移动DVD、摄像机、数码相机 蓝牙耳机等便携式电子产品。前景：前景：大容量锂离子电池已在电动汽车中开始试用，预计它将成为21 世纪 电动汽车主要动力电源之一，并将在人造卫星、航空航天和储能 方面得到广泛应用。第18页5 5、全钒液流电池、全钒液流电池 钒电池是当前发展钒电池是当前发展势头强劲优异绿色环境势头强劲优异绿色环境保护蓄电池之一保护蓄电池之一 ，含，含有特殊电池结构，可深有特殊电池结构，可深度大电流密度放电，充度大电流密度放电，充电快速；比能量高。电快速；比能量高。应用领域：应用领域：应用领域：应用领域：可作为太阳能、风能发电系统可作为太阳能、风能发电系统可作为太阳能、风能发电系统可作为太阳能、风能发电系统配套储能装置；钒电池蓄能电站配套储能装置；钒电池蓄能电站配套储能装置；钒电池蓄能电站配套储能装置；钒电池蓄能电站将逐步取代抽水蓄能电站，在电将逐步取代抽水蓄能电站，在电将逐步取代抽水蓄能电站，在电将逐步取代抽水蓄能电站，在电网调峰中发挥主要作用。网调峰中发挥主要作用。网调峰中发挥主要作用。网调峰中发挥主要作用。第19页、燃料电池燃料电池一个直接将储存在燃料和氧化剂中化学能转化为电能发电装置一个直接将储存在燃料和氧化剂中化学能转化为电能发电装置例：例：氢氢氢氢-氧燃料电池氧燃料电池氧燃料电池氧燃料电池第20页燃料电池汽车：燃料电池汽车：燃料电池汽车：燃料电池汽车：第21页燃料电池：燃料电池：-燃料燃料|电解质电解质|氧化剂氧化剂 +O2、空气空气 等等氢氢-氧燃料电池氧燃料电池（酸性电解质）：负极负极:2H2 4H+4e-正极正极:O2+4H+4e-2H2O电池反应：电池反应：2H2+O2 =2H2O优点：优点：能量转换效率高，（可达能量转换效率高，（可达8O8O以上）；以上）；无污染，噪音低，满足环境保护要求；无污染，噪音低，满足环境保护要求；贮能能力不取决于电池本身，只要不停供给燃料，就能连续产生电能；贮能能力不取决于电池本身，只要不停供给燃料，就能连续产生电能；可做成模块式标准组件，组装成不一样要求发电装置。可做成模块式标准组件，组装成不一样要求发电装置。贮氢法第22页 、太阳能电池太阳能电池太阳能电池是经过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能装置。太阳能电池是经过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能装置。太阳光照在半导体太阳光照在半导体p-np-n结上，形成新空穴结上，形成新空穴-电子电子对，在对，在p-np-n结电场作用下，结电场作用下，电子发生流动从而形成电电子发生流动从而形成电流。流。光电效应太阳能电池光电效应太阳能电池工作原理工作原理当前光伏发电最为关键问题还是要提升转换效率和降低成本。当前光伏发电最为关键问题还是要提升转换效率和降低成本。当前光伏发电最为关键问题还是要提升转换效率和降低成本。当前光伏发电最为关键问题还是要提升转换效率和降低成本。第23页