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內(nèi)容簡介

　　本書論述了化學(xué)電源的原理、技術(shù)及應(yīng)用，重點(diǎn)介紹了化學(xué)電源理論研究和工藝技術(shù)的最新成果、進(jìn)展?fàn)顩r及發(fā)展趨勢。全書共九章，包括化學(xué)電源概論、鋅錳電池、鋅銀電池、鉛酸蓄電池、堿性蓄電池、金屬空氣電池、鋰電池、燃料電池和其他電池。本書內(nèi)容全面系統(tǒng)，概念清晰，說理透徹，圖文并茂。本書可作為化學(xué)、化工、材料、能源、環(huán)境等專業(yè)本科生和研究生的參考書，也可供從事化學(xué)電源研究開發(fā)和生產(chǎn)的科技人員閱讀，此外，還可為科技和政府的管理人員及各層次的化學(xué)電源愛好者提供參考。本書前言前言化學(xué)電源又稱電池，是將物質(zhì)的化學(xué)能通過電化學(xué)氧化還原反應(yīng)直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置或系統(tǒng)?；瘜W(xué)電源對人們來說并不陌生，手電筒、電動玩具、隨身聽、照相機(jī)、手機(jī)、遙控器、攝像機(jī)、電動工具、摩托車、汽車、機(jī)車、飛機(jī)、輪船、坦克、軍艦、潛艇、導(dǎo)彈、衛(wèi)星等都需要電池?；瘜W(xué)電源具有能量轉(zhuǎn)換效率高、能量密度高、無噪聲污染、可任意組合、可隨機(jī)移動等特點(diǎn)，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、文教、衛(wèi)生、國防和科學(xué)研究等各個領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用，并發(fā)揮著重要的作用?；瘜W(xué)電源是具有戰(zhàn)略意義的軍民兩用技術(shù)，且隨著社會的不斷進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，將顯示出更加重要的作用?；瘜W(xué)電源一般有兩種分類方法：一種是以正負(fù)極材料和電解質(zhì)進(jìn)行分類，稱為電池系列分類法，如鋅錳電池、鋅氧化銀電池、鉛酸蓄電池、氫鎳電池、鋰離子電池、氫氧燃料電池等；另一種是以電池的工作性質(zhì)和使用特征進(jìn)行分類，如原電池（又稱干電池或一次電池）、蓄電池（二次電池）、貯備電池和燃料電池。這些電池體系的電化學(xué)反應(yīng)原理、電池設(shè)計、所用原材料、制造工藝及裝配乃至最終產(chǎn)品的使用等各不相同，均有其獨(dú)特的性能，也有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。因而應(yīng)用于不同的領(lǐng)域。目前市場上常見的化學(xué)電源有鋅錳電池、鉛酸蓄電池、鎘鎳電池、金屬氫化物鎳電池和鋰離子電池。近年來，由于電子信息技術(shù)的突飛猛進(jìn)，迫切要求電池小型化、輕便化；環(huán)境保護(hù)要求的高漲，迫切需求新型綠色電池取代含汞和含鎘的電池，也迫切需求新型高性能電池作為電動汽車的動力，以消除汽油車所造成的嚴(yán)重大氣污染；天然能源資源的日趨耗竭則迫切要求發(fā)展新型高效清潔能源。無汞堿性鋅錳電池、金屬氫化物鎳電池、鋰離子電池、燃料電池等是21世紀(jì)理想的綠色環(huán)?；瘜W(xué)電源。金屬氫化物鎳電池用儲氫合金材料取代鎘，消除了對環(huán)境的污染，同時具有高倍率放電及快速充電的能力，人們稱這種電池為綠色環(huán)保電池。隨著高新技術(shù)的發(fā)展和人們生活水平的提高，鋰離子電池制造技術(shù)的進(jìn)步和電池成本的下降，大大加快了現(xiàn)代移動通訊和家用電器的發(fā)展速度，并促進(jìn)了國防軍工、電信技術(shù)的發(fā)展。燃料電池是一種高效、安靜、對環(huán)境友好的發(fā)電裝置，它可以直接將貯存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。在環(huán)境與能源備受人們關(guān)注的今天，燃料電池日益受到各國政府和科技人員的重視，近年來在突破多項關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上，燃料電池已逐步得到廣泛應(yīng)用。質(zhì)子交換膜燃料電池是未來電動汽車、潛艇的最佳候選電源，且可廣泛用作通信中型站后備電源、移動式電源、家用電站、單兵電源，并且可用于航天、航空、水下領(lǐng)域，產(chǎn)品投資收益大，具有廣闊的市場應(yīng)用前景。從以上不難看出，化學(xué)電源不僅在現(xiàn)代軍事武器和裝備中，而且在國民經(jīng)濟(jì)和全球環(huán)境保護(hù)等各領(lǐng)域中都有著極其重要的地位和作用。隨著生產(chǎn)力與科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，化學(xué)電源的性能不斷得到提高，化學(xué)電源的原理、技術(shù)及應(yīng)用也促進(jìn)了電池的研發(fā)。一方面，在實際生產(chǎn)與應(yīng)用中，原來化學(xué)電源的性能得到進(jìn)一步改進(jìn)；另一方面，新的化學(xué)電源又在不斷被研制?；瘜W(xué)電源的發(fā)展方興未艾、前景光明，特別是進(jìn)入21世紀(jì)來，不論是在國內(nèi)，還是在國外，化學(xué)電源均被公認(rèn)為優(yōu)先發(fā)展的技術(shù)，并同信息、能源、環(huán)保等重大領(lǐng)域緊密相連，從而極大地推動了“綠色”社會的發(fā)展，其意義深遠(yuǎn)重大。因此，將國內(nèi)外關(guān)于化學(xué)電源原理、技術(shù)及應(yīng)用方面的研究成果融入一書，進(jìn)行綜合分析與論述，必將促進(jìn)我國化學(xué)電源，特別是新型化學(xué)電源的研究、開發(fā)與應(yīng)用。新型化學(xué)電源的研究與開發(fā)涉及到電化學(xué)體系的反應(yīng)機(jī)理、電極材料、電極制作、電極行為、電池結(jié)構(gòu)、電池裝配、電池檢測等諸多方面，因而，新型化學(xué)電源的研發(fā)需要多學(xué)科知識交叉融合。編著者所在的南開大學(xué)新能源材料化學(xué)研究所已有多年新型化學(xué)電源的教學(xué)實踐，適逢南開百年及南開大學(xué)建校85周年，為了更加適應(yīng)教學(xué)、科研與生產(chǎn)的需要，并反映當(dāng)前化學(xué)電源的發(fā)展水平，編著者通過閱讀及總結(jié)國內(nèi)外最新電池科技進(jìn)展，進(jìn)行了此書的編寫。本書在闡明化學(xué)電源基本概念和基本原理的基礎(chǔ)上，全面敘述了傳統(tǒng)電池的原理和制造技術(shù)，并系統(tǒng)地介紹了各類新型化學(xué)電源的結(jié)構(gòu)、性能和制造工藝。全書共分九章，依次為：化學(xué)電源概論，鋅錳電池，鋅銀電池，鉛酸蓄電池，堿性蓄電池，金屬空氣電池，鋰電池，燃料電池，其他電池。本書是受化學(xué)工業(yè)出版社之約而編寫，并得到教育部、科技部、國家自然科學(xué)基金委員會和南開大學(xué)的支持，在此深表感謝。在編寫過程中，課題組許煒、郭兵、徐麗娜、張國英、黎曉霞、張紹巖、程方益、張淑娜、蔡鋒石等同志參加了校對工作，在此亦表示感謝。同時，對給予本書以啟示及參考的文獻(xiàn)作者及多功能信息網(wǎng)絡(luò)予以致謝?？萍及l(fā)展日新月異，文獻(xiàn)浩如煙海，難以全面收集與一一標(biāo)明，再則由于編著者水平有限，書中定有疏漏與不妥之處，敬請專家與讀者予以批評指正。

作者簡介

暫缺《化學(xué)電源：原理、技術(shù)與應(yīng)用》作者簡介

圖書目錄

第1章化學(xué)電源概論1
11化學(xué)電源的組成和表示方法1
111構(gòu)成電池的必要條件1
112化學(xué)電源的組成3
113表示方法與命名13
12化學(xué)電源的分類14
121按電池系列分類14
122按電池的工作性質(zhì)及使用特征分類14
13化學(xué)電源的工作原理17
14電池的電動勢和電極電勢18
141電池的電動勢18
142電極電勢20
15實際電極過程22
151電化學(xué)可逆過程22
152電極的極化與超電勢23
153極化作用的分類24
154交換電流密度26
155金屬的鈍化28
156金屬的自溶28
16化學(xué)電源中的多孔電極30
161多孔電極的特點(diǎn)30
162多孔電極行為32
163多孔電極的分類32
17化學(xué)電源的性能33
171電壓33
172電池的內(nèi)阻34
173電池的容量和比容量35
174電池的能量和比能量39
175電池的功率與比功率43
176電池的貯存性能和循環(huán)壽命43
177化學(xué)電源一般特性的表征方法45
18化學(xué)電源的發(fā)展與展望46
181化學(xué)電源的發(fā)展簡史46
182電池的發(fā)展規(guī)律49
18321世紀(jì)化學(xué)電源展望50
參考文獻(xiàn)53
第2章鋅錳電池54
21鋅錳電池的種類及命名方法54
211鋅錳電池的種類54
212鋅錳電池的型號及命名方法54
22糊式鋅錳電池55
221糊式鋅錳電池的結(jié)構(gòu)55
222鋅錳干電池的工作原理56
223鋅錳電池的主要電性能62
224影響鋅錳電池性能的主要因素66
225鋅錳干電池的主要原材料73
226傳統(tǒng)糊式鋅錳電池的生產(chǎn)工藝75
227特點(diǎn)與用途78
23紙板鋅錳電池78
231銨型紙板鋅錳電池79
232鋅型紙板電池81
233積層式鋅錳電池83
24堿性鋅錳電池85
241一次堿性鋅錳電池85
242可充堿性鋅錳電池91
25鋅錳電池的現(xiàn)狀與展望93
251鋅錳電池的現(xiàn)狀93
252展望94
參考文獻(xiàn)96
第3章鋅銀電池99
31概述99
32鋅銀電池的電化學(xué)原理及類型99
321電化學(xué)原理99
322類型101
33鋅電極104
331鋅的陽極鈍化104
332鋅的陰極還原過程106
34氧化銀電極107
341充放電特性107
342氧化銀電極的自放電109
35鋅銀電池的生產(chǎn)工藝110
351鋅電極的制造110
352銀電極的制造112
353隔膜的處理114
354電解液濃度與用量的選擇116
355電池的裝配117
36鋅銀電池的性能118
361充放電性能118
362鋅銀電池的壽命120
37鋅銀電池的特點(diǎn)與用途122
參考文獻(xiàn)124
第4章鉛酸蓄電池126
41概述126
42鉛酸蓄電池的型號與分類127
421產(chǎn)品型號的含義127
422鉛酸蓄電池的分類128
43鉛酸蓄電池的基本結(jié)構(gòu)129
431正、負(fù)極板130
432電解液130
433隔板和電池槽131
44工作原理131
45電池的電動勢及溫度系數(shù)132
451電池電動勢的計算132
452電池電動勢的溫度系數(shù)135
46鉛硫酸水溶液的電勢ph圖135
461電勢ph圖及相關(guān)的反應(yīng)136
462電勢ph圖的應(yīng)用138
47板柵139
471板柵的作用139
472對板柵材料的要求140
473鉛合金材料141
474復(fù)合材料146
475其他板柵材料146
476板柵的構(gòu)型147
48鉛酸蓄電池的正極148
481正極活性物質(zhì)二氧化鉛的晶型結(jié)構(gòu)及其性能148
482兩種晶型的形成條件和轉(zhuǎn)變150
483正極充放電機(jī)理150
484正極活性物質(zhì)的性能變化152
485正極活性物質(zhì)添加劑152
486正極板柵的腐蝕154
49鉛酸蓄電池的負(fù)極156
491溶解沉淀機(jī)理156
492鉛電極的鈍化156
493鉛負(fù)極的自放電157
494負(fù)極添加劑157
410隔板和電池槽160
4101隔板160
4102電池槽及其密封技術(shù)162
4103鉛酸蓄電池的其他零部件162
411鉛酸蓄電池的生產(chǎn)工藝163
4111板柵鑄造163
4112生極板的制造165
4113極板的化成167
4114鉛酸蓄電池的組裝170
412鉛酸蓄電池的性能170
4121電池的內(nèi)阻170
4122充放電特性171
4123電池的容量173
4124荷電保持能力174
4125鉛酸蓄電池的耐久能力175
4126鉛酸蓄電池的失效模式175
413鉛酸蓄電池的使用和維護(hù)176
414免維護(hù)鉛酸蓄電池178
4141概述178
4142工作原理179
4143閥控式密封電池的兩類技術(shù)180
4144vrla電池的新穎結(jié)構(gòu)182
415鉛酸蓄電池的發(fā)展方向184
參考文獻(xiàn)185
第5章堿性蓄電池187
51鎘鎳電池187
511概述187
512分類與命名187
513工作原理190
514鎘鎳袋式堿性蓄電池194
515開口鎘鎳燒結(jié)式堿性蓄電池195
516鎘鎳密封堿性蓄電池200
52氫鎳及金屬氫化物鎳蓄電池205
521氫鎳蓄電池205
522金屬氫化物鎳蓄電池211
53其他堿性蓄電池238
531鐵鎳蓄電池238
532鋅鎳蓄電池239
參考文獻(xiàn)245
第6章金屬空氣電池247
61鋅空氣電池247
611概述247
612鋅空氣電池的分類248
613電池的型號及命名249
614電化學(xué)原理250
615鋅空氣電池的結(jié)構(gòu)251
616空氣電極252
617鋅電極256
618電池生產(chǎn)工藝256
619主要性能及其影響因素260
6110特點(diǎn)與用途262
6111幾種典型的鋅空氣電池264
6112鋅空氣電池的研究進(jìn)展與前景268
62其他金屬空氣電池278
621mh空氣二次電池278
622鎂空氣電池279
623鋁空氣電池280
624鎘空氣電池283
625鐵空氣電池283
參考文獻(xiàn)285
第7章鋰電池288
71概述288
72鋰電池的分類290
721鋰一次電池292
722鋰離子二次電池297
73鋰離子電池正極材料298
731鋰鈷氧化物301
732鋰鎳氧化物305
733鋰錳氧化物308
734livo系化合物313
7355v正極材料及多陰離子正極材料315
736其他正極材料318
74鋰離子電池負(fù)極材料319
741金屬鋰負(fù)極材料320
742炭負(fù)極材料321
743合金類負(fù)極材料336
744氮化物負(fù)極材料339
745氧化物負(fù)極材料340
746過渡金屬磷族化合物負(fù)極材料343
75電解質(zhì)345
751概述345
752液體電解質(zhì)346
753固體電解質(zhì)及熔鹽電解質(zhì)351
76聚合物鋰離子電池354
761聚合物鋰離子電池的分類355
762聚合物鋰離子電池的性能355
763聚合物鋰離子電池的發(fā)展356
764聚合物電解質(zhì)359
765聚合物正極材料373
766新型聚合物鋰離子電池382
77隔膜及黏結(jié)劑384
771隔膜的性能384
772隔膜的性能表征385
773隔膜的制備方法387
774黏結(jié)劑388
78鋰離子電池的制造389
781鋰離子電池的結(jié)構(gòu)389
782液體鋰離子電池的生產(chǎn)391
783聚合物鋰離子電池的生產(chǎn)392
784鋰離子電池的化成和分選393
79鋰離子電池的使用和維護(hù)394
參考文獻(xiàn)395
第8章燃料電池401
81燃料電池與原電池、蓄電池的區(qū)別402
82燃料電池的特點(diǎn)404
83燃料電池的分類405
84燃料電池的發(fā)展簡史406
85堿性燃料電池408
851原理408
852結(jié)構(gòu)409
853應(yīng)用412
86磷酸燃料電池415
861概述415
862pafc的結(jié)構(gòu)材料416
863應(yīng)用418
87熔融碳酸鹽燃料電池419
871概述419
872mcfc的結(jié)構(gòu)420
873應(yīng)用424
88固體氧化物燃料電池425
881概述425
882sofc的結(jié)構(gòu)426
883應(yīng)用430
89質(zhì)子交換膜燃料電池431
891概述431
892pemfc部件433
893應(yīng)用439
810直接甲醇燃料電池446
8101工作原理446
8102結(jié)構(gòu)448
8103應(yīng)用450
811其他燃料電池453
8111再生型燃料電池453
8112微生物燃料電池454
參考文獻(xiàn)456
第9章其他電池459
91鎂電池459
911概述459
912鎂二次電池材料461
913鎂二次電池的開發(fā)470
914展望471
92其他新穎二次電池472
921納米碳纖素電池472
922質(zhì)子電池473
93熱電池473
931概述473
932特點(diǎn)及分類474
933組成與結(jié)構(gòu)475
934 工作原理476
935不同熔融鹽電化學(xué)體系476
936熱電池的使用和維護(hù)480
94鈉硫電池481
941概述481
942工作原理482
943導(dǎo)電陶瓷隔膜483
944發(fā)展趨勢484
95zebra電池(nanicl2電池)485
96固體電解質(zhì)電池487
961概述487
962離子導(dǎo)電機(jī)理488
963常溫型固體電解質(zhì)電池489
97貯備電池491
971概述491
972典型貯備電池492
參考文獻(xiàn)494