第章電汽車用動力電池課

題：概教學(xué)目的：了解電池的類型熟悉電池的性能指標了解電動汽車對動力蓄電池的要求教學(xué)重點：電池的類型、電池的性能指標教學(xué)難點：電池的類型、電池的性能指標類

型：新授課教學(xué)方法：講練結(jié)合課引

時：入動力電池系統(tǒng)是純電汽能的唯一來源混動力汽車燃料電池汽車的主要能量來源。因此，電動車源裝置布置形式上可以分為兩類。引入案例P84一、電池的類型電池分為化學(xué)電池、物理電池和生物電池三大類。1．化學(xué)電池〔〕化學(xué)池利用物質(zhì)的化學(xué)反響發(fā)電，按工作性質(zhì)分為原電池、蓄電池、燃料電池和儲藏電池?！病吃娛侵鸽姵胤烹姾竽苡煤唵蔚某潆姺椒ㄊ够钚晕镔|(zhì)復(fù)原而繼續(xù)使用的電池。〔〕蓄電是指電池在放電后可以通過充電的方法使活性物質(zhì)復(fù)原而繼續(xù)使用的電池，這種充放電可以達數(shù)十次到上千次循環(huán)?！病橙剂铣胤Q連續(xù)電池，是指參加反響的活性物質(zhì)從電池外部連續(xù)不斷地輸入電池，電池就連續(xù)不斷地工作而提供電能。

〔〕藏電池指電池±極與電解質(zhì)在儲存期間不直接接觸，使用前注入電解液或者使用其它方法使電解液與±極接觸，此后電池進入待放電狀態(tài)。〔〕類①化電池按電解質(zhì)分為酸性電池、堿性電池、中性電池、有機電解質(zhì)電池、非水無機電解質(zhì)電池、固體電解質(zhì)電池等。②化電池按電池的特性分為高容量電池、密封電池、高功率電池、免維護電池、防爆電池等。③化電池按±極材料分為鋅錳電池系列、鎳鎘鎳氫系列、鉛酸系列、鋰電池系列等。2．物理電池物理電池是利用光、熱、物理吸附等物理能量發(fā)電的電池，如太陽能電池、超級電容器、飛輪電池等。3．生物電池生物電池是利用生物化學(xué)反響發(fā)電的電池，如微生物電池、酶電池、生物太陽電池等。迄今已經(jīng)實用化的車用動力蓄電池有傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池電池電和鋰離子電池。在物理電池領(lǐng)域中級電容器也應(yīng)用于電動汽車中物燃料電池在車用動力中應(yīng)用前景也十分廣闊，以氫為燃料的燃料電池和氧化物燃料電池的研發(fā)已進入重要開展階段。二、電池的性能指標電池的性能指標主要有電壓量內(nèi)阻量率出效率自放電率使用壽命等，根據(jù)電池種類不同，其性能指標也有差異。1．電壓〔〕壓分為電壓、開路電壓、額定電壓、充電終止電壓和放電終止電壓等。①電的端電壓是指電池正極與負極之間的電位差；②開電壓是指電池在沒有負載情況下的端電壓；

③額電壓是電池在標準規(guī)定條件下工作時應(yīng)到達的電壓；蓄電池充足電時上的活性物質(zhì)已到達飽和狀態(tài)充電的壓也不會上升，此時的電壓稱為充電終止電壓；放電終止電壓是指電池放電時允許的最低電壓。2．容量〔〕池一的放電條件下所能放出的電量稱為電池的容量。常用單位為安培時，它等于放電電流與放電時間的乘積?！病吵氐娜菘梢苑譃槔碚撊萘?、實際容量、標稱容量和額定容量等。①理容量是把活性物質(zhì)的質(zhì)量按法拉第定律計算而得到的最高理論值。②實容量是指電池在一定條件下所能輸出的電量，它等于放電電流與放電時間的乘積，單位為Ah，值小于理論容量。③標容量是用來鑒別電池的近似安時值。④額容量也叫保證容量，是按國家或有關(guān)部門公布的標準，保證電流在一定的放電條件下應(yīng)該放出的最低限度的容量。3．內(nèi)阻〔〕義電的內(nèi)阻是指電流流過電池內(nèi)部時所受到的阻力?！病承裕撼潆婋姵氐膬?nèi)阻很小要專的儀器才可以測量到比擬準確的結(jié)果般知的電池內(nèi)阻是充電態(tài)內(nèi)阻即指電池充滿時的內(nèi)〔之對應(yīng)的是放電態(tài)內(nèi)阻電池充分放電后的內(nèi)阻。一般說來，放電態(tài)內(nèi)阻比充電態(tài)內(nèi)阻大，并且不太穩(wěn)定池內(nèi)阻越大，電池自身消耗掉的能量越多電池的使效率越低內(nèi)阻很大的電池在充電時發(fā)熱很厲害電池的溫度急劇上升對電池和充電的影響都很大著電池使用次數(shù)的增多由于電解液的消耗及電池內(nèi)部化學(xué)物質(zhì)活性的降低，電池的內(nèi)阻會有不同程度的升高。4．能量電池的能量是指在一定放電制度下池所能輸出的電能位是Wh或它影響電動

汽車的行駛距離。能量分為理論能量、實際能量、比能量和能量密度。理論能量是電池的理論容量與額定電壓的乘積一定標準所規(guī)定的放電條件下池輸出的能量實際能量是電池實際量與平均工作電壓的乘積示一定條件下電池所能輸出的能量；比能量也稱質(zhì)量比能量，是指電池單位質(zhì)量所能輸出的電能，單位W，用比能量來比擬不同的電池系統(tǒng)量密度也稱體積比能量指池單位體積所能輸出的電能，單位是Wh/L。5．功率〔〕池的功：是指電池在一定放電制度下，單位時間內(nèi)所輸出能量的大小，單位W或kW。池的功率決定了動汽車的加速性能和爬坡能力。功率分為比功率和功率密度?！脖嚷适侵竼挝毁|(zhì)量電池所能輸出的功率稱量比功率單位為W/kg或；功率密度是指單位體積電池所能輸出的功率稱為功率密度，也稱體積比功率，單位為W/L或kW/L6．輸出效率〔〕力池為能量存儲器，充電時把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲存起來，放電時把能釋放出來在個可逆的電化學(xué)轉(zhuǎn)換程中一定的能量損耗通常用電池的容量效率和能量效率來表示?！病橙萘柯手赋仉娸?shù)牧砍鋾r入的量比能效是電放電輸?shù)牧砍鋾r入能之。7．自放電率自電是電在放間量下率即池負時身放使量失速。自放電率用單位時間容量降低的百分數(shù)表示。8．放電倍率〔〕池放電流的大小常用“放電倍率〞表示，電的電率放時表或者說一的電流完定量需小數(shù)表，此可見，放電時間越短，即放電倍率越高，那么放電電流越大。

〔電率于定量放電之根據(jù)放電倍的大小為倍中倍率0.5~3.5C倍率3.5~7.0C高倍率9．使用壽命〔〕使用命指池規(guī)條下有壽期。電池生內(nèi)部短路或損壞而不能使用，以及容量達不到標準要求時電池使用失效，這時電池的使用壽命終止?！病畴姵厥箟郯蛊诤陀弥?。使用期限是指電池可供用的時間，包括電池的存放時間。使用周期是指電池可供重復(fù)使用的次數(shù)。除此之外，本錢也是一個重要的指標，電動汽車開展的瓶頸之一就是電池價格高。三、電動汽車對動力電池的要求(1)比量高。為了提高電動汽車的續(xù)駛里程，要求電動汽車上的動力電池盡可能存多的能量，但電動汽車又不能太重，其安裝電池的空間也有限，這就要求電池具有高的比能量。(2)比率大。為了能使電動汽車在加速行駛、爬坡能力和負載行駛等方面能與燃汽車相競爭，就要求電池具有高的比功率。(3)充電效率高。電池中能量的循環(huán)必須經(jīng)過充電—放電—充電的循環(huán)，高的充電效率對保證整車效率具有至關(guān)重要的作用。(4)相穩(wěn)定性好。電池應(yīng)當在快速充放電和充放電過程變工況的條件下保持性能相對穩(wěn)定，使其在動力系統(tǒng)使用條件下能到達足夠的充放電循環(huán)次數(shù)。(5)使本錢低。除了降低電池的初始購置本錢外，還要提高電池的使用壽命以延其更換周期。(6)平性好。電池應(yīng)不會引起自燃或燃燒，在發(fā)生碰撞等事故時，不會對乘員造傷害。小

結(jié)：概述本節(jié)作

業(yè)：課后習(xí)題

課

題：蓄池教學(xué)目的了蓄電池的類型掌握鉛酸蓄電池鎳氫電池鋰離子電池的結(jié)構(gòu)原理和特點對蓄電池的充電方法和性能測試有初步的認識教學(xué)重點：鉛酸蓄電池、鎳氫電池、鋰離子電池的結(jié)構(gòu)原理和特點教學(xué)難點：鉛酸蓄電池、鎳氫電池、鋰離子電池的結(jié)構(gòu)原理和特點類

型：新授課教學(xué)方法：講練結(jié)合課引

時：〔課時分見內(nèi)容〕入隨電動汽車的種類不同而略有差異僅裝備蓄電池的純電動汽車中電的作用是汽車驅(qū)動系統(tǒng)的惟一動力源裝備傳統(tǒng)發(fā)動(或燃料電池)與蓄電池的混合動力汽車中，蓄電池既可扮演汽車驅(qū)動系統(tǒng)主要動力源的角色，也可充當輔助動力源的角色?？梢娫诘退俸蛦訒r，蓄電池扮演的是汽車驅(qū)動系統(tǒng)主要動力源的角;在負荷加速時，充當?shù)氖禽o助動力源的角;在常行駛或減速、制動時充當?shù)氖莾Υ婺芰康慕巧?。電動汽車電池可以分為兩大類即電和燃料電池蓄電池適用于純電動汽車以歸類為鉛酸蓄電池鎳電〔鎳一氫及鎳金屬氫化物電池一福及鎳一鋅電池〕電動汽車電池、鈉szlig;電池〔鈉一硫電池和鈉一氯化鎳電池鋰電池、空氣電池等類型。一、鉛酸蓄電池1．鉛酸蓄電池的分類鉛蓄池免護酸電和控封鉛蓄池免維護鉛酸蓄電池由于自身結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢解液的消耗量非常小使壽命內(nèi)根本不需要補充蒸餾水。它具有耐震、耐高溫、體積小、自放電小的特點。使用壽命一般為普通鉛酸蓄電池的兩倍。閥控密封式鉛酸蓄電池在使用期間不用加酸加水維護池密封結(jié)構(gòu)不會漏酸也

不會排酸霧池子上設(shè)有溢閥也叫平安)閥的作用是當電池內(nèi)部氣體量超過一定值，即當電池內(nèi)部氣壓升高到一定值時，溢氣閥自動翻開，排出氣體，然后自動關(guān)閉，防止空氣進入電池內(nèi)部。2．鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu)鉛酸蓄電池的根本結(jié)構(gòu)如圖P90所它由±板隔、解、氣、殼等局組。3．鉛酸蓄電池的工作原理鉛酸蓄電池使用時把化學(xué)能轉(zhuǎn)為電能的過程叫放電使用后借助于直流電在電池內(nèi)進行化學(xué)反響，把電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能而儲蓄起來，這種蓄電過程叫做充電。鉛酸蓄電池是酸性蓄電池，其化學(xué)反響式為HH44鉛蓄電池具有以下優(yōu)點：(1)除離子電池外，在常用蓄電池中，鉛酸蓄電池的電壓最高，為；(2)價低廉；(3)可成小至lAh大幾千的種尺寸和結(jié)構(gòu)的蓄電；(4)高率放電性能良好，可用于引擎啟動；(5)上溫性能良好，可40~60℃條件下工作；(6)電效率高達60%；(7)易浮充使用，沒有“記憶〞效應(yīng)；(8)易識別荷電狀態(tài)。鉛蓄電池具有以下缺點：(1)比量低，在電動汽車中所占的質(zhì)量和體積較大，一次充電行駛里程短；

(2)使壽命短，使用本錢高；(3)充時間長；(4)鉛重金屬，存在污染。二、鎳氫電池鎳氫電池是90年開展起來的種新型電池。它的正極活性物質(zhì)主要由鎳制成，負極活性物質(zhì)主要由貯氫合金制成，是一種堿性蓄電池。鎳電池具有高比能量、高功率、適合大電流放電、可循環(huán)充放電、無污染，被譽為“綠色電源〞。1．鎳氫電池的分類按照外形，鎳氫電池方形鎳氫電池和圓形鎳氫電池2．鎳氫電池的結(jié)構(gòu)鎳電主由極負、板隔、解等成鎳氫電池的根本單元是單體電池，單體電壓為，按使用要求組合成不同電壓和不同電荷量的鎳氫電池總成?！病硽涑貥O是活性物質(zhì)氫氧化鎳，負極是儲氫合金，用氫氧化鉀作為電解，在±極之間有隔膜共組成鎳單體電池在金屬鉑催化作用下完成充電和放電可逆反響?！病硽涑貥O板有發(fā)泡體和燒結(jié)體兩種，發(fā)泡體極板的鎳氫電池在出廠前必進行預(yù)充電，且放電電壓不能低于0.9V，作電壓也不太穩(wěn)，為防止發(fā)泡鎳氫電池老化所造成的內(nèi)阻增高，鎳氫電池在出廠前必須進行預(yù)充電。經(jīng)過改良的燒結(jié)體極板的鎳氫電池，其燒結(jié)體極板本身就是活性物質(zhì)，不需要進行活性處理，也不需要進行預(yù)充電，電壓平衡、穩(wěn)定，具有低溫放電性能好、不易老化和壽命長的優(yōu)點?！病硽潆姵貙⑽镔|(zhì)的化學(xué)反響產(chǎn)生的能量直接轉(zhuǎn)化成電能的一種裝置?！病硽潆姵劓嚉浠衔镎姌O、儲氫合金負電極以及堿性電解方30%的氫氧

化鉀溶液組。封一次鎳氫電池的性能特點主要取決于本身體系的電極反響。〔〕鎳氫電以標準電流放電時，平均工作電壓為1.2V。電池以率放電時，端電壓降至1.1V時那認為放電已完。電壓1.1V稱8C率電時的放電止電壓(0.6V~0.8V)。鎳氫電池具有無污染、高比能、大功率、快速充放電、耐用性等許多優(yōu)異特性。與鉛酸蓄電池相比，鎳氫電池具有比能量高、重量輕、體積小、循環(huán)壽命長的特點。(1)比率高。目前商業(yè)化的鎳氫功率型電池能做到1350W/kg。(2)循次數(shù)多前應(yīng)用在電動車上的鎳氫動力電池放電深(DOD)循環(huán)以達1000次以上，為鉛酸蓄電池的倍以上，100%DOD循壽命也在次上，在混合動力汽車中可使用5年上。(3)無染鎳氫池不含鉛鎘對人體有害的金屬為世“綠色環(huán)保電源〞。(4)耐充過放。(5)無憶效應(yīng)。(6)使溫度范圍寬。正常使用溫度范℃貯存溫度范圍40~70℃(7)平可靠。短路、擠壓、針刺、平安閥工作能力、跌落、加熱、耐振動等平安、可靠性試驗無爆炸、燃燒現(xiàn)象。三、鎳鎘電池鎳鎘電池是一種堿性蓄電池能可達55Wh/kg功超過快充電，循環(huán)使用壽命較長，可到達2000屢。使用中要注意做好回收工作，以免重金屬鎘造成環(huán)境污染。1．鎳鎘電池的結(jié)構(gòu)〔〕鎳電池用金屬鎘作負極活性物質(zhì)，氫氧化鎳作正極活性物質(zhì)的堿性蓄電。

〔〕、極料分別填充在穿孔的附鎳鋼帶〔或鎳帶〕中，經(jīng)拉漿、滾壓、燒、化成或涂膏、烘干片等方法制成極板；用聚酰胺非織布等材料作隔離層；用氫氧化鉀水溶液作電解質(zhì)溶液；電極經(jīng)卷繞或疊合組裝在塑料或鍍鎳鋼殼內(nèi)。2．鎳鎘電池充放電時的電化學(xué)反響位于負極的鎘(Cd)和氫氧化鈉(NaOH)中氫氧根離(OH-)合成氫氧化鎘，并附著在陽極上同時也放出電子電子沿著電線至陰極陰極的二氧化鎳與氫氧化鈉溶液中的水反響形成氫氧化鎳和氫氧根離子氧化鎳會附著在陽極上氧離子那么又回到氫氧化鈉溶液中，故氫氧化鈉溶液濃度不會隨著時間而下降。〔〕電反響:負極反:Cd+2OH-正極反:+2H2O+2e-=2Ni(OH)2+2OH-總反響Cd+NiO(OH)+H2O→Cd(OH)2+Ni(OH)2〔〕電反響:正極反:Ni(OH)2–e=+負極反:→總反響Cd(OH)2+Ni(OH)23．鎳鎘蓄電池的容量〔〕鎘蓄電容量與活性物質(zhì)的數(shù)量、放電率和電解液等因素有關(guān)?！病畴娏鹘佑绊懛烹娊K止電壓。在規(guī)定的放電終止電壓下，放電電流越大蓄電池的容量越小?！病秤貌煌蛛娊庖海瑢π铍姵氐娜萘亢蛪勖幸欢ㄓ绊?。〔〕解的度對蓄電池的容量影響較大。這是因為隨著電解液溫度升高，極活性物質(zhì)的化學(xué)反響也逐步改善。

〔〕解液中有害雜質(zhì)越多，蓄電池的容量越小?！病虫k電池重復(fù)500次上的充放電，非常的經(jīng);〔〕阻，供大電流的放電，當它放電時電壓的變化很小，作為直流電源是種質(zhì)量極佳的電池〔〕為采用全密封式，因此不會有電解液漏出的現(xiàn)象，也完全不需要補充電〔〕其他種電池相比之下，鎳鎘電池可耐過充電或放過電，操作簡單方〔〕時間的置下也不會使性能劣化，當十分充完電后即可恢復(fù)原來的特〔〕使用在廣的溫度范圍;〔〕為它采金屬容器而作成，有機械性的鞏;〔〕鎘電池非常嚴格的品質(zhì)管理下被制造完成，有非常優(yōu)良的品質(zhì)性賴性。四、鋰離子電池鋰離子電池是種二次電池充電池，它主要依靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作在放電過程中在兩電極之間往返嵌入和脫充電時Li+從正極脫嵌經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負極，負極處于富鋰狀放電時那么相反。電池一般采用含有鋰元素的材料作為電極，是現(xiàn)代高性能電池的代表。1．鋰離子電池的分類〔〕照鋰離電外形狀可以分為方形鋰離子電池和圓柱形鋰離子電池?！病痴珍囯x電池所電解材不，可以為聚合物鋰離子電池和液態(tài)鋰離子電池?！舱针x電正極材不以為酸鋰離子電池鐵鋰離子電池、鎳鈷鋰離子電池或鎳鈷錳鋰離子電池。第一代車用鋰離子電池是錳酸鋰離子電池，本錢低，平安性較好環(huán)命欠佳，在

高溫環(huán)境下循環(huán)壽命更短溫會出現(xiàn)錳離子溶出的現(xiàn)象二代是具有美國專利的磷酸鐵鋰離子電池，是鋰離子電池的開展方向，由于原材料價格低且磷、鐵、鋰的資源豐富，且工作電壓適中充電特性好高電功率可快速充電且循環(huán)壽命長，高溫和高熱穩(wěn)定性好，儲能特性強，完全無毒。2．鋰離子電池的結(jié)構(gòu)鋰子池正、極隔、解和安等成圓柱形鋰離子電池結(jié)構(gòu)如圖P96所示。鋰子電池的工作原理鋰離子電池正極材料采用鋰化合物L(fēng)iCoO、LiNiO或O，負極采用-碳層間化合物L(fēng)ixC，電解液為有機溶液。離子電池的工作原理，電池在充電時，鋰離子從正極材料的晶格中脫出，通過電解質(zhì)溶液和隔膜，嵌入到負極中；放電時，鋰離子從負極脫出，通過電解質(zhì)溶液和隔膜到極料晶格中個充放電過程中子返于±極之間。充電時xLi+xe6C→LixC6放時:→xLi+鋰離子電池以碳素材料為負極鋰化合物作正極金屬鋰存在鋰離子，這就是鋰離子電池離子電池是指以鋰離子嵌入化合物為正極材料電池的總稱離電池的充放電過程就是鋰離子的入和脫嵌過程鋰離子的嵌入和脫嵌過程中同時伴隨著與鋰離子等當量電子的嵌入和脫嵌(習(xí)上正極用嵌入或脫嵌表示，而負極用插入或脫插表示)。充電過程中，鋰離子在正、負極之間往返嵌入脫和插入/脫，被形象地稱為搖電池。當對電池進行充電時池正上有鋰離子生成成的鋰離子經(jīng)過電解液運動到負極為極的碳呈層狀結(jié)構(gòu)很微孔負極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。同樣，當對電池進行放電時(即們使用電池的過程嵌在負極碳層中的鋰離子脫出，又運動回正極。回正極的鋰離子越多，放電容量越高。一般鋰電池充電電流設(shè)定在0.2C至1C之，電流越大，充電越快，同時電池發(fā)熱也越大。而且，過大的電流充電，容量不夠滿，因為電池內(nèi)部的電化學(xué)反響需要時間。就跟倒啤酒一樣，倒太快的話會產(chǎn)生泡沫，反而不滿。

22鋰離子電池有許多顯著特點，它的優(yōu)點主要表現(xiàn)為：(1)工電壓高。鋰離子電池工作電壓為3.6V，鎳氫和鎳鎘電池工作電壓的3倍(2)比量高。鋰離子電池比能量已到達，鎳鎘電池的3倍鎳氫電池的1.5倍(3)循壽命長。目前鋰離子電池循環(huán)壽命已到達1000次上，在低放電深度下可達幾萬次，超過了其它幾種二次電池。(4)自電率低離子電池月自放電率僅為遠于鎳鎘電25~30%)和氫電池15~20%)。(5)無憶性?？梢愿鶕?jù)要求隨時充電，而不會降低電池性能。(6)對境無污染。鋰離子電池中不存在有害物質(zhì)，是名副其實的“綠色電池〞。(7)能制造成任意形狀。鋰子電池也有一些缺乏，主要表現(xiàn)在：(1)本高。主要是正極材料的格高，但按單位瓦時的價格來計算，已經(jīng)低于鎳氫電池，與鎳鎘電池持平，但高于鉛酸蓄電池。(2)必有特殊的保護電路，以防止過充。五、鋅鎳電池鋅鎳電池由鎳電極和鋅電極組成鎘電池中鎳正極長壽命和鋅銀電池中鋅負極高容量的優(yōu)越性能，是一種高性能綠色二次動力電池。鎳鋅電池電壓高。與過去的AA電相比它的電壓到達1.6V比鎳氫電池的1.2V要高得多，更適用于傳統(tǒng)的使用1.5V電的電器。它可以使閃光燈回電更快。使數(shù)碼相機充分用完其電量。而很多鎳氫電池用在數(shù)碼相機上僅使用了30%電量就低電關(guān)機了年12月AA型的鎳鋅電池的容只有1300mAh左右，但是，它的放電能量已經(jīng)到達8300焦耳以上。與目前最優(yōu)秀的鎳氫電池相比，差異并不大eneloop放電量大約在

9000焦左右。鎳鋅電池放電電流強已經(jīng)運用電動汽車上了顆AA鎳電池在2A電流電下可以放出超過焦的能量電池更環(huán)保鋅是可回收而且容易回收的金屬。鎳鋅電池由于至2021還比擬新的產(chǎn)品，全球主要由一個美國公司PowerGenix生產(chǎn)所以價格還是比擬高。相信在未來幾年其價格可以降到鎳氫電池同一水平。關(guān)于鎳鋅電池的平安電壓范圍，群眾根據(jù)其充電器滿電壓1.9v判斷，最低平安電壓為1.2v，1.2v。在實際用中，有人將電池過充過放導(dǎo)致電池失效或損壞，詳情搜索“鋅過〞看小白鼠愿者們的奉獻。1．鋅鎳電池的結(jié)構(gòu)〔〕正極鎳電極的主要活性材料是Ni(OH)2當前使用的鎳電極主要分為燒結(jié)式和非燒結(jié)式燒結(jié)式正極較燒結(jié)式正極具有高容量高性的特點一般采用孔隙率較高的纖維鎳或泡沫鎳材料作為支架，涂覆球型氫氧化鎳即得鎳正極?！病池摌O鋅負極主要制備方法有涂膏法沉積法、壓成法成法和燒結(jié)法等鋅負極可以做成充電態(tài)和放電態(tài)兩種，主要取決于初始材料是〔充電態(tài)〕還是〔電態(tài)般情況下放電態(tài)的Zn電用于一次電池，充電態(tài)的多于二次電池?？墒且驗閆nO具有半導(dǎo)體特性電性能較差制備的鎳鋅二次電池的鋅負極材料全是，將會有較高的初始電阻電必須小電流充電活化一定比例的生成，利用金屬鋅良好的導(dǎo)電性減少鋅負極的電阻高放電效率電極的電化學(xué)性能得到改善。所以鎳鋅二次電池中，鋅負極的活性物質(zhì)主要為ZnO〔充電態(tài)〕中添加一些金屬〔電態(tài)少始充電時的高電阻同時也會添加某些緩蝕劑以改善鋅負極的性能。因為ZnO在堿性電解液中具有的一定溶解性會造成鋅負極的枝晶形變和鈍化等不良影響。〔〕膜

隔膜置于電池的±極之間止極活性材料直接接觸造成電池短路膜不僅要能抗鋅枝晶穿透，還要能耐強堿、抗氧化、易被電解液浸潤的機械強度和較強的柔韌性、低電阻和高離子導(dǎo)電性。〔〕解液電池±極材料的性能的發(fā)揮直接受電解液種類和濃度的影響化溶液是常被堿性電池選作電解液極性物質(zhì)是性氧化物堿電解液中有定的溶解性，這直接影響著鋅負極活性物質(zhì)的利用率。因此，通常在電解液中會添加少量LiOH。正極的活性物質(zhì)顆粒外表上會吸附Li，止活性物顆粒聚結(jié)，電極活性物質(zhì)的利用率提高Li還防止電極膨脹改電極反響的可逆性和充電過程中的析氧極化長電極的使用壽命。鋅鎳電池放電反響方程式為：Positelectrode正極ˉ——2Ni〔Negativeelectrode負Zn+——ZnOH)2+ˉ總反響方程式：——〔〔鋅鎳電池開路電壓1.83V，作電壓大于1.6V理論比能量334Wh/Kg實比能量約60Wh/Kg據(jù)國內(nèi)某些研究機構(gòu)與企業(yè)已經(jīng)做到80~100Wh/Kg，近鋰離子電池的比能量。3．鋅鎳電池的特點(1)比量高，可達50~80Wh/kg，明顯高于鉛酸和鎳鎘電；(2)比率高，僅次于鋰離子電池；(3)工電壓高，可達1.65V，于鎳氫和鎳鎘電池；

(4)工溫度寬，為20~60℃(5)無憶效應(yīng)；(6)電的生產(chǎn)和使用過程對環(huán)境不產(chǎn)生污染；(7)價低。六、空氣電池金屬空氣電池是用金屬燃料代替氫能源而形成的一種新概念電池成為新一代綠色能源它具有無污染電壓穩(wěn)比能量阻小存壽命長藝術(shù)要求較低、高比功率等優(yōu)點。1．鋅空氣電池〔〕空電是以空氣中的氧氣為正極活性物質(zhì)，金屬鋅為負極活性物質(zhì)的一新型化學(xué)電源。鋅空氣電池是一種半蓄電池半燃料電池。首先活物質(zhì)同鋅錳、鉛酸等蓄電池一樣封裝在電池內(nèi)部具蓄電池的特點其正活性物質(zhì)來自電池外部的空氣中所含的氧，理論上有無限容量，是燃料電池的典型特征。〔〕空氣電具有如下優(yōu)點：①比量高。鋅空氣電池理論比能量到達以，實際比能量在1000Wh/kg以上，屬于大容量高能化學(xué)電源。②價低廉。陽極活性物質(zhì)鋅來源豐富，價格廉價。陰極活性物質(zhì)氣來源于周圍空氣，根本等同于現(xiàn)在普通使用的鉛酸蓄電池。③性穩(wěn)定，放電平穩(wěn)。因放電時陰極催化劑本身不起變化，加之電極電壓穩(wěn)定，故放電時電壓變化很小。④貯存壽命特佳。鋅空氣原電池實際上是屬于貯備型電池。⑤平安可靠，無污染。從生產(chǎn)到使用，從新產(chǎn)品到廢品回收，都不會污染環(huán)境，更不會燃燒爆炸，堪稱綠色能源?！病晨諝怆娋哂腥缦氯秉c：

電解液中水分的蒸發(fā)或電解液的吸潮。鋅電極的直接氧化。鋅枝晶的生長。電解液碳酸化。空氣電極催化劑活性偏低。2鋁氣電池鋁空氣電池是用高純鋁或鋁合金作陽極，用空(氧電極作陰極，用堿或鹽作電解液。在放電過程中陽極溶解，空氣中的氧被復(fù)原而釋放出電能。鋁空氣電池具有如下優(yōu)越性：(1)鋁一種活潑金屬，比鋅、鎂之類金屬更有吸引力。(2)鋁空氣電池在現(xiàn)有的小型電池系統(tǒng)中具有最高比能量。鋁空氣電池由于空氣電極很薄，使得電池很輕巧，適用于便攜式設(shè)備。(3)空電池可攜帶燃料長距離行駛，節(jié)約能源，元件可快速更換，是電動自行車理想電源。(4)平可靠，無污染，從生產(chǎn)到使用，從新產(chǎn)品到廢品回收，都不會污染環(huán)境，會燃燒爆炸，堪稱綠色能源。(5)鋁儲量豐富，價格廉價，鋁是地球上含量最豐富的金屬元素之一。(6)鋁氣電池?zé)o需充電，補充鋁電極和電解液后即可產(chǎn)生電流。放電曲線平穩(wěn)，電時間長，操作方便。(7)鋁極的生產(chǎn)工藝和設(shè)備比擬簡單，投資少，研制費用低?？稍O(shè)計成電解液循和不循環(huán)兩種結(jié)構(gòu)形式，便于因使用場合不同而進行設(shè)計。七、蓄電池的充電方法11．蓄電池常規(guī)充電方法

蓄電池的常規(guī)充電方法主要有恒流充電法段電流充電法恒壓充電法恒壓限流充電法等。(1)恒充電法恒流充電法是通過調(diào)整充電裝置輸出電壓或改變與蓄電池串聯(lián)電阻的方式使充電電流強度保持不變的充電方法。(2)分電流充電法在充電過程中更有效地利用電能而用逐漸減小電流的方法階充電法和三階段充電法。1)二段電法二階段充電法采用恒電流和恒電壓相結(jié)合的快速充電方法，如下圖。2)三段電法三階段充電法在充電開始和結(jié)束時采用恒電流充電間用恒電壓充電電衰減到預(yù)定值時由二階段轉(zhuǎn)換到第階段種方法可以將出氣量減到最少但作為一種快速充電方法使用，受到一定的限制。(3)恒充電法充電電源的電壓在全部充電時間里保持恒定的數(shù)值著蓄電池端電壓的逐漸升高流逐漸減少。(4)恒限流充電法為了克服恒壓充電法中初期電流過大使充電設(shè)備不能承受的缺點采用恒壓限流充電法來代替恒壓充電法在充電第一階段用恒定的電流充電在蓄電池電壓到達一定電壓后，維持此電壓恒定不變，轉(zhuǎn)為第二階段的恒壓充電過程；當充電電流下降到一定值后，繼續(xù)維持恒壓充電大約一小時即可停止充電。2．蓄電池快速充電法(1)蓄池快速充電的原理

蓄電池的化學(xué)反響原理是制定快速充電方法的依據(jù)充要想方設(shè)法加快蓄電池的化學(xué)反響速提充電電壓或電流)，之充電速度得到最大的提高；快速充電又要保證負極的吸收能力負的吸收力能夠跟得上正極氧氣產(chǎn)生的速度時要盡可能的消除蓄電池的極化現(xiàn)象這原理也明蓄電池的快速充電的速度是有上限的不可能無限制的提高蓄電池的充電速度。(2)幾快速充電方法1)脈式電法脈沖充電法首先是用脈沖電流對蓄電池充電，然后停充一段時間，如此循環(huán)。2)變流歇充電法變電流間歇充電法是建立在恒流充電和脈沖充電根底上點是將恒流充電段改為限壓變電流間歇充電段充電前期各段采用變電流間歇充電的方法證大充電電流獲得絕大局部充電量充后期采定電壓充電段得過充電量將電池恢復(fù)至完全充電態(tài)。3)變壓歇充電法變電壓間歇充電法如下圖電流間歇充電方法不同之處在于第一階段的不是間歇恒流，而是間歇恒壓。八、蓄電池的性能測試〔〕電池充性能測試蓄池電能要指電率充最電和過能等。充電率指池充時入池電與所耗總能比百數(shù)示充電電流的大小充電方法充時的溫度直接影響到充電效率充電效率高表示電池接受充電的能力強，一般充電初期充電效率較高，接近100%，電后期由于電極極化增加，充電效率下降，電極上伴隨有大量的氣體析出。

②充最高電壓是指在充電過程中電池所能到達的最高電壓。充電壓越低，說明電池在充電過程中的極化就越小，電池的充電效率就越高，電池的使用壽命就有可能更長。蓄電池應(yīng)具有良好的耐過充能力使電池處于極端充電條件下能擁有較為優(yōu)良的使用性能?！病畴姵胤判阅軠y試電池的放電性能受放電時間、電流境溫度終電壓等因素影響，電池的放電方法有恒流放電、恒阻放電、恒壓放電、恒壓恒流放電、連續(xù)放電和間歇放電等，其中恒流放電是最常見的放電方法。放電電流的大小直接影響到電池的放電性能標注電池的放電性能時標放電電流的大小電池的工作電壓是衡電池放電性能的一個重要指標電線反映了整個放電過程中工作電壓的變化過程是個變化的值因此般以中點電壓來表示工作電壓的大小點壓是指額定放電時間點時刻電池的工作電壓要用來衡量大電流放電系列電池高倍率放電的能力。蓄電池的充放電性能可用電池充放電性能測試儀來測試。電池容量的測試方法與電池放電性能的測試方法根本相同恒流放電恒阻放電恒壓放電恒壓恒流放電連續(xù)放電和間歇放電等根據(jù)放電的時間和電流的大小可以計算電池的容量對恒流放電電容量等于放電電流和放電時間的乘積恒流放電的電池容量不僅與放電電流有很大關(guān)系，而且與放電溫度、充電制度、擱置時間等也有關(guān)系。電池容量可以用專用的蓄電池容量檢測儀測試。電池壽命是衡量電池性能的一個重要參數(shù)一定的充放電制度下池量降至某一規(guī)定值之前電池所能承受的循次數(shù)稱蓄電池的循環(huán)壽命影蓄電池循環(huán)壽命的因素有電極材料、電解液、隔膜、制造工藝、充放電制度、環(huán)境溫度等，在進行壽命測試時，要嚴格控制測試條件。

通常是在一定的充放電條件下進行循環(huán)后測電池容量的衰減蓄池容量小于額定容量的〔同的電池有不同的規(guī)定，鋰離子電池是80%〕止驗，此時的循環(huán)次數(shù)就是電池的循環(huán)壽命。對于不同類型的蓄電池循環(huán)壽命的測試規(guī)定是不同的體參考相應(yīng)國家標準或國際電工委員會〔〕制訂的標準。電池的壽命可以用用的蓄電池循環(huán)壽命檢測設(shè)備來測試。電內(nèi)阻、內(nèi)壓的測試電池的內(nèi)阻是指電池在工作時流過電池內(nèi)部所受到的阻力般分為交流內(nèi)阻和直流內(nèi)阻由充電電池內(nèi)阻很測直流內(nèi)阻時由于電極容易極化產(chǎn)極化內(nèi)阻故法測出其真實值而測其交流內(nèi)可免除極化內(nèi)阻的影響出真實的內(nèi)阻值交內(nèi)阻測試方法是利用電池等效于一個有源電阻的特點電池一個1000Hz的恒定電流對其電壓采樣整流濾波等一系列處理從而精確地測量其阻值?？捎脤ｉT的內(nèi)阻儀來測試。電池的內(nèi)壓是由于充放電過程中產(chǎn)生的氣體所形成的壓力電池材料工、結(jié)構(gòu)使方法等因素影響。一電池內(nèi)壓均維持在正常水平，在過充或過放情況下內(nèi)壓有可能會升高。電動汽車動力電池可能會在不同的環(huán)境溫度下使用或溫對電池的充電或放電性能都有影響，應(yīng)分別對各溫度下電池充放電性能進行測試。在QC/T743-2006?電汽車用鋰離子蓄電?中規(guī)定，要電池℃的低溫、℃溫和55℃高溫進行放電性能的測試。要求按規(guī)定的方法測試時，-20℃時，其容量應(yīng)不低于額定值的；在55時，其容量應(yīng)不低于額定值的95%；20高倍率放電時，對于能量型蓄電池其容量應(yīng)不低額定值的90%對功率型蓄電池其量應(yīng)不低于額定值的80%。上下溫測試所需的儀器和充放電性能測試根本是一致的在恒溫箱中測定不同溫度下的電池性能。

電池的儲存性能是指電池開路時一定的溫度度等條件下儲存時容量下降率的大小是量電池綜合性能穩(wěn)定程度的一個重要參數(shù)池經(jīng)過一定時間儲存后允許電池的容量及內(nèi)阻有一定程度的變化過一段時間的儲存以讓內(nèi)部各成分的電化學(xué)性能穩(wěn)定下來，可以了解該電池的自放電性能的大小，以便保證電池的品質(zhì)。自放電又稱荷電保持能力是在開路狀態(tài)下池儲存的電量在一定環(huán)境條件下的保持能力。一般而言，自放電主要受制造工藝、材料、儲存條件的影響。自放電是衡量電池性能的主要參數(shù)之一。一般而言，電池儲存溫度越低，自放電率也越低，但也應(yīng)注意溫度過低或過高均有可能造成電池損壞無法使用池充滿電開路擱置一段時間后定度的自放電屬于正?，F(xiàn)象。電池的平安性測試工程非常多同類型的電池平性能測試工程也不同可根據(jù)相關(guān)標準選擇測試。小

結(jié)：概述本節(jié)作

業(yè)：課后習(xí)題課

題：燃電池教學(xué)目的：了解燃料電池的類型和特點；了解電動汽車對燃料電池的要求、掌握質(zhì)子交換膜燃料電池的結(jié)構(gòu)原理和特點熟悉氫的存儲和輸送方法教學(xué)重點：質(zhì)子交換膜燃料電池的結(jié)構(gòu)原理和特點、氫的存儲和輸送方法

教學(xué)難點：質(zhì)子交換膜燃料電池的結(jié)構(gòu)原理和特點類

型：新授課教學(xué)方法：講練結(jié)合課引

時：入：燃料電池FuelCell)是種將存在于燃料與氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置燃料和空氣分別送燃料電池就被奇妙地生產(chǎn)出來它外表上看有±極和電解質(zhì)等，像一個蓄電池，但實質(zhì)上它不能“儲電〞而是一個“發(fā)電廠〞。2021年2月19日據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)報道國科學(xué)家開發(fā)出一種直接以生物質(zhì)為原料的低溫燃料電池。這種燃料電池只需借助太陽能或廢熱就能將稻草末藻甚至有機肥料轉(zhuǎn)化為電能能量密度比基于纖維素的微生物燃料電池高出近100倍相關(guān)論文已發(fā)表?自然雜子?自然通訊上。1．按燃料電池的運行機理分類根據(jù)燃料電池的運行機理的不同，可分為(1)酸燃料電池；(2)堿燃料電池。2．按電解質(zhì)分類(1)質(zhì)交換膜燃料電(PEMFC)；(2)堿燃料電池(AFC)(3)磷燃料電池(；(4)熔碳酸鹽燃料電(MCFC)；(5)固氧化物燃料電(；(6)直甲醇燃料電(DMFC)；

(7)再型燃料電RFC)；(8)鋅燃料電池(；(9)質(zhì)陶瓷燃料電(PCFC)。3．按燃料使用類型分類根據(jù)燃料電池的燃料使用類型不同，可分為(1)直型燃料電池；(2)間型燃料電池；(3)再型燃料電池。4．按燃料種類分類根據(jù)燃料電池使用燃料的種類，可分為(1)氫料電池；(2)甲燃料電池；(3)乙燃料電池等。5．按工作溫度分類根據(jù)燃料電池工作溫度的不同，可分為(1)低型溫低200；(2)中型溫為)；(3)高型溫為750~1000℃；(4)超溫溫高于1000℃。6．按燃料狀態(tài)分類根據(jù)燃料電池的燃料狀態(tài)不同，可分為

(1)液型燃料電池；(2)氣型燃料電池。FCEV對料電池性能根本要求有以幾方面：(1)燃電池的比能量不低于，功不低于，求到達或超過美國先進電池聯(lián)合體所提出的電池性能和使用壽命的指標；(2)可在20℃的條件下起動和工作有可靠的平安性和密封性會生燃料氣體的結(jié)冰和燃料氣體的泄漏；(3)各結(jié)構(gòu)件有足夠的強度和可靠性，可以在負荷變化情況下正常運轉(zhuǎn)，并能夠受FCEV行時的振動和沖擊；(4)除排放到達零污染的要求外，動力性能要求根本到達或接近內(nèi)機汽車的動力性能的水平，性能穩(wěn)定可靠；(5)各輔助技術(shù)裝備的外形尺寸和輔助技術(shù)裝備的質(zhì)量應(yīng)盡可能地減小合的裝車要求；(6)燃充添方便、迅速，燃料電池能夠方便地進行電極和催化劑的更換和修理；(7)所置的輔助電源，應(yīng)能滿足提供起動電能和儲存制動反響電能的要求。1．燃料電池的優(yōu)點(1)節(jié)、轉(zhuǎn)換效率高。燃料電池在額定功率下的效率可以到達，在局部功率輸出條件下運轉(zhuǎn)效率可以到達，在過載功率輸出條件下運轉(zhuǎn)效率可以到達50~55%。(2)排根本到達零污染低污染〞燃料電池的反響產(chǎn)物只有清潔的水。(3)無動和噪聲、壽命長。在整個工作過程中，沒有噪聲和機械振動的產(chǎn)生，從減少機械器件的磨損，延長了使用壽命。

(4)結(jié)簡單、運行平穩(wěn)。2．燃料電池的缺點(1)燃種類單一。是燃料電池的唯一燃料。氫氣的產(chǎn)生、儲存、保管、運輸和灌或重整，都比擬復(fù)雜，對平安性要求很高。(2)要高質(zhì)量的密封。密封不良的燃料電池，氫氣會泄漏到燃料電池的外面，降了氫的利用率并嚴重影響燃料電池發(fā)動機的效率會引起氫氣燃燒事故于求嚴格的密封，使得燃料電池發(fā)動機的制造工藝很復(fù)雜，并給使用和維護帶來很多困難。(3)價高。制造本錢高，電池價格昂貴。(4)需配備輔助電池系統(tǒng)。燃料電池可以持續(xù)發(fā)電，但不能充電和回收燃料電池車再生制動的反響能量常燃電池汽車上還要增加輔助電池儲存燃料電池富裕的電能和在燃料電池汽車減速時接受再生制動時的能量。四、燃料電池系統(tǒng)1燃料電池實際上不“池〞而是一個大的發(fā)電系統(tǒng)對質(zhì)子交換膜燃料電池，需要有燃料供給系統(tǒng)、氧化劑系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)、水處理系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng)、電力系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)、平安系統(tǒng)等組成。（1）燃料供給系統(tǒng)（2）氧化劑系統(tǒng)（3）發(fā)電系統(tǒng)（4）水管理系統(tǒng)（5）熱管理系統(tǒng)（6）電力系統(tǒng)（7）控制系統(tǒng)

（8）平安系統(tǒng)氫的存儲與輸送是燃料電池應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一。目前有兩種方式，儲氫和重整制氫?！病硽洧俅鎯πg(shù)目前用比擬廣泛的儲氫技術(shù)有高壓氫液儲和儲材儲。這三種技術(shù)在實際運用中的效果很大程度上受到材料性能的制約材料儲氫技術(shù)更有優(yōu)勢，尤其是使用碳納米管儲氫時，效果更理想。研究向隨著材科學(xué)的開展，儲氫技術(shù)的開展主要集中開發(fā)密度更小、強度更高的材料，以提儲罐內(nèi)壓；發(fā)絕熱性更的料以減少液氫的蒸發(fā)，提高使用時的平安性；開高容的氫料特別是碳納米管等的制造技術(shù)。(2)局氧重整局氧重將料氧結(jié)制，生一化局部氧化重整的產(chǎn)氫率比蒸汽重整的低，但它結(jié)構(gòu)緊湊、本錢低、起動時間短、動態(tài)響應(yīng)速度快，對燃料的適應(yīng)性也更強，因而更具潛力。但是采無催化系統(tǒng)，常有碳煙和其它副產(chǎn)物生成而用有催化劑系統(tǒng)又因催化劑外表的局部高溫而損傷催化劑在反響過程中的穩(wěn)定性也是一大難題局部氧化整最好用純氧價格較高雖它也可使用燃料氣與空氣混合，但反響后需加凈化處理裝置，其本錢亦很高?！病痴茪淙剂想姵厥褂玫娜剂稀獨錃饪梢杂芍卣魈峁┢饔玫脑峡梢允翘烊粴?、柴油等各種烴類以及甲醇酒精等各種醇類燃料前使用的重整技術(shù)主要有蒸汽重整局部氧化和催化局部氧化重整、自動供熱重整以及等離子體重整等。不同的重整技術(shù)在結(jié)構(gòu)、效率和對燃料的適應(yīng)性等方面有不同的特點不的使用條件下發(fā)揮出它們各自的優(yōu)勢。蒸汽重整是目前使用最廣泛的制氫方式。①蒸汽整蒸重是個學(xué)程其，通過氫合燃和溫蒸之的學(xué)響成蒸汽重整器的開展經(jīng)歷了常規(guī)型交換型和平板型3個過常型蒸汽重整器的容量較大，目前已實現(xiàn)商業(yè)化，但工作條件850℃，1.5~2.5MPa)，造本錢較高容大啟動時間長如果生產(chǎn)出來的氫氣不能及時使用，儲存也有困難。熱交換

型重整器外形尺寸大大減小，工作條件降(700℃，0.3MPa)，造本錢下降，且隨負荷變化性能較好目前已成功應(yīng)用于料電池系統(tǒng)中年來出現(xiàn)的平板型結(jié)構(gòu)更加緊湊錢進一步降低前術(shù)還不成熟在大催化劑的使用范圍和延長使用壽命上有突破，將會在蒸汽重整裝置中很有競爭力。②局部化整局氧重將料氧結(jié)制，并成氧碳局氧化重整的產(chǎn)氫率比蒸汽重整的低，但它結(jié)構(gòu)緊湊、本錢低、起動時間短、動態(tài)響應(yīng)速度快，對燃料的適應(yīng)性也更強，因而更具潛力。但是采無催化系統(tǒng)，常有碳煙和其它副產(chǎn)物生成而用有催化劑系統(tǒng)又因催化劑外表的局部高溫而損傷催化劑在反響過程中的穩(wěn)定性也是一大難題局部氧化整最好用純氧價格較高雖它也可使用燃料氣與空氣混合，但反響后需加凈化處理裝置，其本錢亦很高。③動熱整自供重將料與蒸兩結(jié)，此由蒸重反吸的量衡從部化整響所出熱。自供熱重整相對于蒸汽重整結(jié)構(gòu)簡單，無需龐大的換熱裝置造錢低對燃料的要求也降低，可使用醇類和重?zé)N類的液體燃料相對于局部氧化重整說動供熱重整由于氧化反響放出的熱量直接被吸熱的蒸汽重整反響吸收所系統(tǒng)的率也提高了但自動供熱重整要求同時調(diào)節(jié)好氧氣蒸汽和燃料之間的比例制比擬困難且在重整中易產(chǎn)生積碳現(xiàn)象而損傷催化劑。(4)等離子體重整等離子體重整是一先進的制氫技術(shù)采用等離子激發(fā)重整反響的發(fā)生可在滿足制氫效率的情況下進行小規(guī)模生產(chǎn)時降低本錢般等離子重整器在中小型制氫系統(tǒng)上經(jīng)濟效益比擬明顯，因為等離子的能量密度很高得重整器結(jié)構(gòu)緊湊、起動快、動態(tài)響應(yīng)快，根本不需要催化劑，而且它對燃料的適應(yīng)性很強，除輕質(zhì)烴外，各種重質(zhì)烴、重油生質(zhì)燃料甚至垃圾燃料都可用離子制氫技術(shù)可分為熱等離子和冷等離子兩種產(chǎn)生氫氣的過程與傳統(tǒng)技術(shù)一樣也包括蒸汽重整局部氧化和熱分解等采用熱等離子技術(shù)，反響氣體溫度高，熱損大且不易控制。溫度升高也產(chǎn)生了對電極的腐蝕。等離子重整器不宜工作在高壓下因在高壓限制了電弧的靈活性加了電極的腐蝕而減少電極壽命。五、質(zhì)子交換膜燃料電池1質(zhì)子交換膜燃料電池protonexchangemembranefuel，英文簡稱PEMFC)是一種燃料電池原上相當于水電解〞裝置電池由陽極極和質(zhì)子交換膜組成，

陽極為氫燃料發(fā)生氧化的場所極氧化劑復(fù)原的場所極都含有加速電極電化學(xué)反響的催化劑質(zhì)交換膜作為電解工作時相當于一直流電源，其陽極即電源負極，陰極為電源正極。質(zhì)子交換膜燃料池的根本結(jié)構(gòu)PEMFC由質(zhì)交換膜，催化劑層，擴散層、集流(稱雙極)組成，如圖P116（）子交換（）催化劑（）極（）電極（）流板與場2．質(zhì)子交換膜燃料電池的工作原理PEMFC在原上相當于水電解〞裝置電池由陽極極和質(zhì)子交換膜組成，陽極為氫燃料發(fā)生氧化的場所極氧化劑復(fù)原的場所極都含有加速電極電化學(xué)反響的催化劑，質(zhì)子交換膜為電解質(zhì)。質(zhì)子交換膜燃料電池protonfuel，文簡稱是一種燃料電池，在原理上相當于水電解的“逆〞裝置。其單電池由陽極、陰極和質(zhì)子交換膜組成，陽極為氫燃料發(fā)生氧化的場所極為氧化劑復(fù)原的場所極含有加速電極電化學(xué)反響的催化劑，質(zhì)子交換膜作為電解質(zhì)。工作時相當于一直流電源極即電源負極陰為電源正極。兩電極的反響分別為：陽極負極)：陰極正極)：O2+4e+4H+=2H2O注意所有的電子e都省略了負號標于質(zhì)子交換膜只能傳導(dǎo)質(zhì)子此氫質(zhì)子可直接穿過質(zhì)子交換膜到達陰極電子只能通過外電路才能到達陰極電通過外電路流向

陰極時就產(chǎn)生了直流電。以陽極為參考時，陰極電位為1.23V。也即每一單電池的發(fā)電電壓理論上限為1.23V接負載時出電壓取決于輸出電流密度通常在～1V之將個單電池層疊組合就能構(gòu)成輸出電壓滿足實際負載需要的燃料電池(簡稱電堆)。電堆由多個單體電池以串聯(lián)方式層疊組合而成。將雙極板與膜電極三合一組(MEA)交替疊合，各單體之間嵌入密封件，經(jīng)前板壓緊后用螺桿緊固拴牢，即構(gòu)成質(zhì)子交換膜燃料電池電堆附圖所示合壓緊時應(yīng)確保氣體主通道對正以便氫氣和氧氣能順利通達每一單電池電堆工作時氫氣氧氣分別由進口引入電堆氣體主通道分配至各單電池的雙極板，經(jīng)雙極板導(dǎo)流均勻分配至電極，通過電極支撐體與催化劑接觸進行電化學(xué)反響。電堆的核心是MEA組和雙極板是將兩張噴涂有Nafion溶液及Pt催化劑的碳纖維紙電極分別置于經(jīng)預(yù)處理的質(zhì)子交換膜兩側(cè)催化劑靠近質(zhì)子交換膜一溫度和壓力下模壓制成。雙極板常用石墨板材料制作，具有高密度、高強度，無穿孔性漏氣，在高壓強下無變形熱性能優(yōu)良極相容性好等特點石墨雙極板厚度約2～3.7mm，經(jīng)銑床加工成具有一定形狀的導(dǎo)流流體槽及流體通道道設(shè)計和加工工藝與電池性能密切相關(guān)。(1)能轉(zhuǎn)化效率高。不通過熱機過程，不受卡諾循環(huán)的限制。(2)可現(xiàn)零排放。沒有污染物排放，是環(huán)保型能源。(3)運噪聲低，可靠性高。無機械運動部件，僅有氣體和水流動。(4)維方便。內(nèi)部構(gòu)造簡單，電池模塊呈現(xiàn)自然的“積木化〞結(jié)構(gòu)，使得電池組組裝和維護都非常方便，也很容易實現(xiàn)“免維護〞設(shè)計。(5)發(fā)效率平穩(wěn)。(6)氫源廣泛。(7)技成熟氫的生產(chǎn)存輸和使用等技術(shù)目前均已非常成熟安靠質(zhì)交換膜燃料電池的的缺點主要有：

(1)本高。因為膜材料和催化劑均十分昂貴。(2)對的純度要求高。這種電池需要純潔的氫。因為的工作溫度低啟動速度較快功率密度較高積較)所很適于用作新一代交通工具動力各汽車集團競相投入巨資開電動汽車和代用燃料汽車。從目前開展情況看，是術(shù)最成熟的電動車動力源電汽車被業(yè)內(nèi)公認為是電動汽車的未來開展方向。燃料電池將會成為繼蒸汽機和內(nèi)燃機之后的第三代動力系統(tǒng)。1．堿性燃料電池的結(jié)構(gòu)與工作原理堿性燃料電池AFC)以強堿為電解質(zhì)，氫氣為燃料，純氧或脫除微量二氧化碳的空氣為氧化劑，采用對氧電化學(xué)復(fù)原具有良好催化活性的Pt/C、等為電催化劑制備的多孔氣體擴散電極為氧化極，以Pt-Pd/CPt/C等有良好催化氫電化學(xué)氧化電催化劑制備的多孔氣體電極為氫電極。2．堿性燃料電池的特點AFC其它類型燃料電池相比，具有以下特點：(1)AFC具較高的效率50%~55%)(2)工溫度大約80，因此，它們的啟動也很快，但其電力密度卻比質(zhì)子交換燃料電池的密度低十幾倍；(3)性可靠，可用非貴金屬作催化劑；(4)是料電池中生產(chǎn)本錢最低的一種電池；(5)是術(shù)開展最快的一種電池，主要為空間任務(wù)，包括航天飛機提供動力和飲用，用于交通工具，具有一定的開展和應(yīng)用前景；(6)使具有腐蝕性的液態(tài)電解質(zhì)，具有一定的危險性和容易造成環(huán)境污染，此外為解決CO2毒所采用的一些方法，如使用循環(huán)電解液，吸收等增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性。七、磷酸燃料電池1

磷酸燃料電(簡稱PAEC)是以酸為導(dǎo)電電解質(zhì)的酸性燃料電池。1．磷酸燃料電池的結(jié)構(gòu)PAEC的池片由基材及肋條板觸媒層所組成的燃料極、保持磷酸的電解質(zhì)層、與燃料極具有相同構(gòu)造的空氣極構(gòu)成。2．磷酸燃料電池的工作原理PAEC使液體磷酸為電解質(zhì)，通常位于碳化硅基質(zhì)中。當以氫氣為燃料，氧氣為氧化劑時，在電池內(nèi)發(fā)生電化學(xué)反響。3．磷酸燃料電池的特點PAEC的作度要比PEMFC和AFC的作溫度略高，位于150~200℃右，但需電極上的白金催化劑來加速反響。PAEC的率比其它燃料電池低為40%加熱的時間也比質(zhì)子交換膜燃料電池長。PAEC具構(gòu)造簡單、穩(wěn)定、電解質(zhì)揮發(fā)度低等優(yōu)點可作公共汽車的動力，而且有許多這樣的系統(tǒng)正在運行，不過這種電池很難用在轎車上。目前PAEC能成功地用于固定的應(yīng)用已有許多發(fā)電能力0.2~20MW的工作裝置被安裝在世界各地醫(yī)學(xué)校和小型電站提供電力。1．熔融碳酸鹽燃料電池的結(jié)構(gòu)熔融碳酸鹽燃料電池是多孔陶瓷陰極、多孔陶瓷電解質(zhì)隔膜、多孔金屬陽極、金屬極板構(gòu)成的燃料電池。單體的MCFC一般是平板型的，由電電質(zhì)、燃料流通道氧化劑流通道和上下隔板組成。單體的上下為隔板電流采集板，中間局部是電解質(zhì)板，電解質(zhì)板的兩側(cè)為多孔的陽極極板和陰極極板，其電解質(zhì)是熔融態(tài)碳酸鹽2．熔融碳酸鹽燃料電池的工作原理燃料電池工作過程實質(zhì)上是燃料的氧化和氧化劑的復(fù)原過程和化劑氣體流經(jīng)陽

極和陰極通道。氧化劑中的O2和在陰極與電子進行氧化反響產(chǎn)生CO32-，電解質(zhì)板中的CO32-直從陰極移動到陽極，料氣中的H2與在極發(fā)生反響，生成了、和子被流板收集起來到隔板位燃料電池單元的上部和下部，并和負載設(shè)備相連，從而構(gòu)成了包括電子傳輸和離子移動在內(nèi)的完整的回路。3．熔融碳酸鹽燃料電池的特點是種高溫電600~700℃，具有效率(高40%)、音低、無污染、燃料多樣化氫氣然和生物燃料)熱用價值高和電池構(gòu)造材料價廉等諸多優(yōu)點，是未來的綠色電站。九、固體氧化物燃料電池固體氧化物燃料電池SOFC)屬于三代燃料電池種在中高溫下直接將儲存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能高效、環(huán)境友好地轉(zhuǎn)化成電能的全固態(tài)化學(xué)發(fā)電裝置。1．固體氧化物燃料電池的結(jié)構(gòu)SOFC單體主要由電解質(zhì)、陽極或燃料極、陰極或空氣極和連接體或雙極板組成。2．固體氧化物燃料電池的工作原理SOFC工作時，電子由陽極經(jīng)外電路流向陰極，氧離子經(jīng)電解質(zhì)由陰極流向陽極。

3．固體氧化物燃料電池的特點除具備燃料電池高效、清潔、環(huán)境友好的共性外，還具有以下優(yōu)點：(1)SOFC是固態(tài)的電池結(jié)構(gòu)，不存在電解質(zhì)滲漏問題，無需配置電解質(zhì)管理系統(tǒng)，可實現(xiàn)長壽命運行；(2)對料的適應(yīng)性強，可直接用天然氣、煤氣和其他碳氫化合物作為燃料；(3)SOFC發(fā)效率高，能量密度大，能量轉(zhuǎn)換效率高；(4)工溫度高，電極反響速度快，不需要使用貴金屬作電催化劑；(5)可用高溫進行內(nèi)部燃料重整，使系統(tǒng)優(yōu)化；(6)低放、低噪聲；(7)廢的再利用價值高。(8)陶電解質(zhì)要求中、高溫運(600～℃，快了電池的反響進行，還可以實現(xiàn)多種碳氫燃料氣體的內(nèi)部復(fù)原，簡化了設(shè)備。SOFC也存在缺乏之處：(1)氧物電解質(zhì)材料為陶瓷材料，質(zhì)脆易裂，電堆組裝較困難；(2)高熱應(yīng)力作用會引起電池龜裂，所以主要部件的熱膨脹率應(yīng)嚴格匹配；(3)存自由能損失；(4)工溫度高，預(yù)熱時間較長，不適用于需經(jīng)常啟動的非固定場所。直接甲醇燃料電池DMFC)是直接使用水溶液以及蒸汽甲醇為燃料供給來，而不需通過重整器重整甲醇、汽油及天然氣等再取出氫以供發(fā)電。1．直接甲醇燃料電池的結(jié)構(gòu)與原理陽極和陰極分別由多孔結(jié)構(gòu)的擴散層和催化劑層組成常使用不同疏水性水性的

42242222242碳黑和聚四氟乙烯作為DMFC的極和陰極材料。（）構(gòu)主要由陽極固體電解質(zhì)膜和陰極構(gòu)成。〔〕理直接甲醇燃料電池是質(zhì)子交換膜燃料電池的一種變種使用甲醇而勿需預(yù)先重整。甲醇在陽極轉(zhuǎn)換成二氧化碳質(zhì)和電子如標準的質(zhì)子交換膜燃料電池一樣子過質(zhì)子交換膜在陰極與氧反響，電子通過外電路到達陰極，并做功。堿性條件總反響式：=2CO+4HO正極：+12e0→12OH負極：O-12e–+12OH~→2CO酸性條件總反響同上正極：→6H2O負極：2CH4O-12e–+2H2O→12H++2CO2這種電池的期望工作溫度為120℃下比準的質(zhì)子交換膜燃料電池略高其效率大約是40%左接甲醇燃料電池是質(zhì)子交換膜燃料電池的一種變種直使甲醇而勿需預(yù)先重整甲醇在陽極轉(zhuǎn)換成氧化碳和氫同標準的質(zhì)子交換膜燃料電池一樣然后再與氧反響。直接甲醇燃料電的特點的突出特點：(1)甲來源豐富，價格低廉，儲存攜帶方便；

(2)與一氧相，結(jié)構(gòu)更簡單，操作更方便；(3)與PEMFC相，體積能量密度更高；(4)與整式甲醇燃料電池相比，它沒有甲醇重整裝置，重量更輕，體積更小，響時間更快。其缺點是當甲醇低溫轉(zhuǎn)換為氫和二氧化碳時要比常規(guī)的質(zhì)子交換膜燃料電池需要更多的白金催化劑。微生物燃料電池是利用電池的陽極來代替氧或硝酸鹽等天然的電子受體電子的不斷轉(zhuǎn)移來產(chǎn)生電能物氧化料所生成的電子通過細胞膜相關(guān)連組分或者通過氧化復(fù)原介體傳遞給陽極，再經(jīng)過外電路轉(zhuǎn)移到陰極，在陰極區(qū)電子將電子受如)復(fù)，后透過質(zhì)子交換膜轉(zhuǎn)移過來的質(zhì)子結(jié)合生成水。微生物燃料電池本質(zhì)上是收獲微生物代謝過程中生產(chǎn)的電子并引導(dǎo)電子產(chǎn)生電流的系統(tǒng)物料電池的功率輸出取決于系統(tǒng)傳遞電子的數(shù)量和速率以及陽極與陰極間的電位差。由于微生物燃料電池并非一個熱機系統(tǒng)止了卡諾循環(huán)的熱力學(xué)限制，因此，理論上微生物燃料電池是化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔茏钣行У难b置，最大效率有可能接近100%。再生燃料電池由電解池和燃料電池組成日太陽能發(fā)電并電解水成氣與氧氣貯存起來；背日時，燃料電池發(fā)電，生成水，水可以循環(huán)使用，并保持儲能根本恒定。再生燃料電池具有高的比能量和比功率，使用中無自放電且無放電深度及電池容量的限制。再生型燃料電池的概念相對較新全球有許多研究小組正在從事這方面的工作一技術(shù)與普通燃料電池的相同之處在于它也用氫和氧來生成電和其不同的地方是它還進行逆反映也就是電解燃料池中生成的水再送回到以太陽能為動力的電解池中那兒分解成氫和氧組分這組分再送回到燃料電池方就構(gòu)成了一個封閉的系統(tǒng)，不需要外部生成氫。小

結(jié)：概述本節(jié)

作

業(yè)：課后習(xí)題課

題：太電池教學(xué)目的：了解太陽電池的發(fā)電原理和特點教學(xué)重點：太陽電池的發(fā)電原理和特點教學(xué)難點：太陽電池的發(fā)電原理和特點類

型：新授課教學(xué)方法：講練結(jié)合課引

時：入：太陽電池是利用太陽光和料相互作用直接產(chǎn)生電能需消耗燃和水等物質(zhì)，使用中不釋放包括二氧化碳在內(nèi)的任何氣體，是對環(huán)境無染的可再生能源。這對改善生態(tài)環(huán)境緩解溫室氣體有害作用具重大意義。目太能電池的應(yīng)用已參軍事領(lǐng)域、航天領(lǐng)域進入工業(yè)、商業(yè)、農(nóng)業(yè)、通信、家用電器以及公用設(shè)施等部門，尤其可以分散地在遙遠地區(qū)、高、沙漠、海島和農(nóng)村使用，以節(jié)省造價很貴的輸電線路。但是，從長遠來，隨著太陽能電池制造技術(shù)的改良以及新的電轉(zhuǎn)換裝臵的創(chuàng)造，各對環(huán)境的保護和對再生清潔能源的巨大需求，太陽能電池仍將是利用太陽輻射能比擬切實可行的方法，可為人類未來大規(guī)模地利用太陽能開辟廣的前景。一、太陽電池的分類①硅列太陽電池②化物系列太陽電池

①同結(jié)電池②異結(jié)電池③肖結(jié)電池④光化學(xué)電池二、太陽電池的特點〔〕晶硅太電池〔〕晶硅太電池〔〕晶硅太電池〔〕化鎘、化鎘多晶硅太陽電池〔〕化鎵化物太陽電池〔〕銦硒薄太陽電池三、太陽電池的發(fā)電原理光伏特效應(yīng)：假設(shè)光線照射在太陽能電池上并且光在界面層被接納，具有足夠能量的光子可以在P型硅和型硅中將電子從共價鍵中激起，致發(fā)作電空對。界面層臨近的電子和空穴在復(fù)合之前，將經(jīng)由空間電荷的電場結(jié)果被相互分別。電子向帶正電的區(qū)和空穴向帶負電的P區(qū)動。經(jīng)界面層的電荷分別，將在P區(qū)區(qū)間發(fā)作一個向外的可測試的電壓此可在硅片的兩邊加上電極并接入電壓表晶體硅太陽能電池來說開路電壓的典型數(shù)值為0.5～。由光照在界面層發(fā)作的電-空穴對越多，電流越大。界面層接納的光能越多，界面層即電池面積越大，在太陽能電池中組成的電流也越大。太陽光照在半導(dǎo)體結(jié)，形成新的空穴電對，在p-n結(jié)電場的作用下，空穴由n區(qū)流向p區(qū)，電子由區(qū)流向區(qū)，接通電路后就形成電流。這就是光電效應(yīng)太陽能電池工作原理。

太能發(fā)電方式太陽能發(fā)電有兩種方式，一是光—熱—電轉(zhuǎn)換方式，另一種是光—電直接轉(zhuǎn)換方式。(1)光熱—電轉(zhuǎn)換方式通過利用太陽輻射產(chǎn)生的熱能發(fā)電，一般是由太陽能集熱將所吸收的熱能轉(zhuǎn)換成工質(zhì)的蒸氣，再驅(qū)動汽輪機發(fā)電。前一個過程是光—熱轉(zhuǎn)換過程;后個過程是熱—電轉(zhuǎn)換過程，與普通的火力發(fā)電一樣.太能熱發(fā)電的缺點是效率很低而本錢很高，估計它的投資至少要比普通火電站貴5～倍(2)光電直接轉(zhuǎn)換方式該方式是利用光電效應(yīng)，將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能，—電轉(zhuǎn)換的根本裝置就是太陽能電池能池是一種由于光生伏特效應(yīng)而將太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能的器件是個半導(dǎo)光電二極管當太陽光照到光電二極管上時光電二極管就會把太陽的光能變成電能生電流許個電池串聯(lián)或并聯(lián)起來就可以成為有比擬大的輸出功率的太陽能電池方陣了陽能電池是一種大有前途的新型電源具有永久性清潔性和靈活性三大優(yōu)點.太陽能池壽命長，只要太陽存在，太陽能電池就可以一次投資而長期使;與力發(fā)電、核能發(fā)電相比，太陽能電池不會引起環(huán)境污染。四、太陽電池在汽車上的應(yīng)用〔〕力驅(qū)動〔〕助設(shè)備源小

結(jié)：概述本節(jié)作

業(yè)：課后習(xí)題

課

題：超電容器教學(xué)目的：了解超級電容器的結(jié)構(gòu)、分類和特點教學(xué)重點：超級電容器的結(jié)構(gòu)、分類和特點教學(xué)難點：超級電容器的結(jié)構(gòu)、分類和特點類

型：新授課教學(xué)方法：講練結(jié)合課引

時：入超電容器是一種具有超級儲電能力提供強大脈沖功率的物理二次電源是介于蓄電池和傳統(tǒng)靜電電容器之間的一種新型儲能裝置。超級電容器主要是利用電/電解質(zhì)界面電荷別離所形成的雙電層助極外表快速的氧化復(fù)原反響所產(chǎn)生的法拉第準電容來實現(xiàn)電荷和能量的儲存的。超級電容器又稱雙電層電容器、黃金電容、法拉第電容，它是一種電化學(xué)元件，在電極與電解液接觸面間具有極高的比電容和非常大的接觸外表積，但其儲能的過程并不發(fā)生化學(xué)反響且這種儲能過程是可逆的此級電容器可反復(fù)充放電數(shù)十萬次。1．超級電容的結(jié)構(gòu)原理〔〕構(gòu)超級電容單體主要由電極、電解質(zhì)電極、隔離膜連線極柱密封材料和排氣閥等組成。電極材料一般有碳電極材料、金屬氧化物及其水合物電極材料、導(dǎo)電聚合物電極材料，要求電極內(nèi)阻小、導(dǎo)電率高、外表積大??；電解質(zhì)需有較高導(dǎo)電內(nèi)阻小和足夠電化學(xué)穩(wěn)定性提單體電)電質(zhì)材料分為有機類和無機類或分為液態(tài)和固態(tài)類集極選用導(dǎo)電性能良好的金屬和石墨等來充當泡沫鎳鎳網(wǎng)箔、鋁箔、鈦箔以碳纖維等；隔離膜防止超級電容相鄰兩電極短路，保證接觸電阻較小，盡量薄，通常使用多孔隔膜電質(zhì)通常使用聚合或紙作為隔膜液電解質(zhì)可采用玻璃纖維或陶瓷隔膜。

〔〕理超級電容器是利用雙電層原理的電容器。①當加電壓加到超級電容器的兩個極板上時，與普通電容器一樣極板的正電極存儲正電荷負板存儲負電荷在超級電容器的兩極板上電荷產(chǎn)生的電場作用下電解液與電極間的