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第1章 绪论1

1.1 化石能源的问题1

1.2 21世纪的能源发展趋势2

1.2.1 可再生能源的开发将越来越受到重视2

1.2.2 煤炭将作为过渡能源而受到重视3

1.2.3 节能技术将备受重视3

1.2.4 甲烷水合新化石能源的开发将得到强化3

1.3 各种可再生能源的优缺点3

1.3.1 太阳能3

1.3.2 风能4

1.3.3 生物质能5

1.3.4 氢能6

1.4 新能源与电化学的关系7

参考文献9

第2章 一次电池10

2.1 引言10

2.2 锌锰电池11

2.2.1 锌锰电池概述11

2.2.2 锌锰电池的工作原理11

2.2.3 锌锰电池的发展概况13

2.3 锌氧化银电池19

2.3.1 概述19

2.3.2 锌银电池的工作原理19

2.3.3 锌银电池的研发概况20

2.4 锂电池21

2.4.1 概述21

2.4.2 不同锂电池的工作原理和优缺点22

参考文献25

第3章 二次电池28

3.1 引言28

3.1.1 二次电池分类28

3.1.2 二次电池对材料的基本要求29

3.1.3 有效放电容量29

3.2 可充碱锰电池30

3.2.1 概述30

3.2.2 金属锰电化学30

3.2.3 锰氧化物物化性质31

3.2.4 MnO2电化学32

3.2.5 质子动力学33

3.2.6 循环性能33

3.2.7 “惰性”——一个只具有相对意义的概念34

3.2.8 展望35

3.3 铅酸电池35

3.3.1 概述35

3.3.2 充放电反应36

3.3.3 电解液37

3.3.4 电位-pH图37

3.3.5 Pb及其化合物37

3.3.6 正极充放电反应38

3.3.7 负极充放电反应39

3.3.8 “Coup de Fouet”现象40

3.3.9 自放电反应41

3.3.10 性能衰减机理42

3.3.11 应用举例44

3.3.12 研究进展44

3.3.13 隔膜48

3.3.14 早期容量损失49

3.3.15 发展方向49

3.4 H2-Ni电池53

3.4.1 概述53

3.4.2 镍及其氧化物、氢氧化物54

3.4.3 电化学54

3.4.4 充放电机理55

3.4.5 氢电极简述57

3.4.6 应用举例57

3.4.7 研究现状58

3.4.8 前景与展望60

3.5 碱性电池61

3.5.1 锌镍、铁镍、镉镍、超铁和锌银电池61

3.5.2 MH-Ni电池65

3.6 锂离子电池73

3.6.1 概述73

3.6.2 碳基负极材料74

3.6.3 金属锂负极77

3.6.4 合金与金属间化合物78

3.6.5 氮化物79

3.6.6 尖晶石LiMn2O480

3.6.7 层状过渡金属氧化物81

3.6.8 橄榄石结构磷酸盐84

3.6.9 Li-V-P-O、VOx系列嵌锂材料简述89

3.6.10 Li-Ti-O）嵌锂电极材料90

3.6.11 电解液91

3.6.12 总结100

参考文献104

第4章 燃料电池108

4.1 引言108

4.1.1 燃料电池的定义108

4.1.2 燃料电池的历史回顾108

4.1.3 燃料电池基础111

4.2 质子交换膜燃料电池113

4.2.1 质子交换膜燃料电池的发展简史113

4.2.2 质子交换膜燃料电池的工作原理114

4.2.3 质子交换膜燃料电池的特点115

4.2.4 膜电极组件115

4.2.5 质子交换膜燃料电池商业化的问题123

4.3 直接甲醇燃料电池124

4.3.1 直接甲醇燃料电池的研发概况125

4.3.2 工作原理126

4.3.3 基本结构126

4.3.4 直接甲醇燃料电池的优点127

4.3.5 直接甲醇燃料电池性能的改进128

4.3.6 质子交换膜130

4.4 直接甲酸燃料电池131

4.4.1 研究甲醇替代燃料的原因131

4.4.2 直接甲酸燃料电池的优缺点132

4.5 直接乙醇燃料电池133

4.5.1 直接乙醇燃料电池发展概况133

4.5.2 直接乙醇燃料电池优缺点134

4.5.3 直接乙醇燃料电池的工作原理134

4.6 直接碳燃料电池134

4.6.1 直接碳燃料电池的发展概况134

4.6.2 直接碳燃料电池的工作原理与电池结构135

4.6.3 直接碳燃料电池的特点136

4.6.4 杂化型直接碳燃料电池137

4.6.5 直接碳燃料电池的问题与展望138

4.7 碱性燃料电池140

4.7.1 碱性燃料电池的发展概况140

4.7.2 碱性燃料电池的优缺点140

4.7.3 碱性燃料电池的工作原理141

4.7.4 碱性燃料电池的基本结构141

4.8 磷酸燃料电池145

4.8.1 磷酸燃料电池发展概况145

4.8.2 磷酸燃料电池的工作原理和工作条件146

4.8.3 磷酸燃料电池的优缺点147

4.8.4 磷酸燃料电池的基本结构147

4.8.5 影响磷酸燃料电池性能的因素150

4.8.6 影响寿命的因素及改进方法151

4.8.7 磷酸燃料电池商业化的展望152

4.9 熔融碳酸盐燃料电池153

4.9.1 熔融碳酸盐燃料电池发展概况153

4.9.2 熔融碳酸盐燃料电池的工作原理154

4.9.3 熔融碳酸盐燃料电池电极材料155

4.9.4 熔融碳酸盐燃料电池隔膜材料156

4.9.5 熔融碳酸盐燃料电池的电解质157

4.9.6 熔融碳酸盐燃料电池的结构158

4.9.7 操作条件对熔融碳酸盐燃料电池性能的影响158

4.9.8 熔融碳酸盐燃料电池的优点160

4.9.9 熔融碳酸盐燃料电池的缺点160

4.9.10 熔融碳酸盐燃料电池商业化的问题160

4.10 固体氧化物燃料电池161

4.10.1 固体氧化物燃料电池的发展概况161

4.10.2 固体氧化物燃料电池的工作原理163

4.10.3 固体氧化物燃料电池的电解质材料164

4.10.4 质子传导电解质169

4.10.5 氧气在阴极的还原机理174

4.10.6 连接材料和密封材料174

4.10.7 固体氧化物燃料电池的结构与组成177

4.11 生物燃料电池179

4.11.1 生物燃料电池的发展概况180

4.11.2 生物燃料电池的工作原理、特点和分类180

4.11.3 微生物燃料电池182

参考文献190

第5章 金属-空气电池192

5.1 金属-空气电池的工作原理192

5.2 金属-空气电池的特点193

5.3 金属-空气电池的分类194

5.3.1 按阴极氧化剂分类194

5.3.2 按阳极所用金属材料分类194

5.3.3 按工作方式分类194

5.3.4 按电解质溶液分类194

5.4 金属-空气电池的应用195

5.4.1 电动运输工具的牵引电源195

5.4.2 备用和应急电源195

5.4.3 便携式仪器设备电源195

5.4.4 水下电源195

5.5 金属-空气电池阳极材料196

5.5.1 锌阳极196

5.5.2 铝阳极199

5.5.3 镁阳极201

5.6 金属-空气电池结构与性能203

5.6.1 金属-空气电池的优点203

5.6.2 碱性空气阴极的工作原理203

5.6.3 机械充电式锌-空气电池204

5.6.4 连续供料式锌-空气电池204

5.6.5 金属-过氧化氢空气电池206

参考文献210

索引211