电化学能量储存与转换省公开课一等奖全国示范课微课金奖课件.pptx

电化学能量储存与转换;组成客观世界三大要素：物质、能量、信息（生物中存在）;能源另一个分类：

（1）一次能源

即可供直接利用天然能源，如煤、石油、风能、水能等。其中，煤、石油，天然气、核燃料是非再生能源，而太阳能、水能和风能等是可再生能源。

（2）二次能源

由一次能源直接或间接转换而来能源，如电、蒸气、焦炭、煤气、氢、活泼金属等。;能量不但有“量”多少，还有“质”高低。

物质运动各种多样，但就其形态而论只有有序和无序两大类，有序运动对应能量叫有序能，无序运动对应能量叫无序能。比如，一切宏观整体运动能量（包含机械能）或大量电子定向运动电能是有序能，物质内部分子杂乱无章热运动则是无序能。;能源更迭与社会发展

人类社会已经经历了三个能源时代：

柴火时期：生物质燃料为主要能源“火”时代；

煤炭时期：18世纪诞生蒸汽机，引发动力和产业革命，19世纪末，电力全方面推广，电动机代替蒸汽机；

石油时期：20世纪中叶，石油和天然气资源发展，内燃机和燃油发动机大量用于交通工具（汽车、飞机等）

进入21世纪，可再生能、核能将成为世界能源主角，清洁能源时代降临。可充电电池和燃料电池将大规模用于可移动装置（如电动自行车、电动汽车）。;;电能;;TowardsArtificialLeavesforSolarHydrogenandFuelsfromCarbonDioxide;电化学能量储存与转换装置;电化学反应与普通氧化还原反应区分

氧化还原反应：热能吸收或释放，能够取得无序热能：

2H2+O2→2H2O,-?G=237.2KJ/mol

普通热机发电效率：大多不超出40％

燃料电池反应：化学能直接变成有序电能，60％或更高效率！

;应用电化学发展概况：

1799年Volta创造“伏特电堆”

1807年Davy用电解法得到钠和钾

1859年Planet创造铅酸电池

1868年G.LecLanche研制出锌锰干电池

1899年创造Ni-Cd电池，1951年Ni-Cd电池密封化

1911年我国生产干电池和铅酸蓄电池（上海交通部电池厂）

1929年创建了上海天原化工厂,它是中国最早氯碱工业

20世纪50年代Bacon在燃料电池方面进行了先驱性工作（其概念最早由WilliamGrove于1839年提出）

1990年Sony首次大规模推出锂离子电池

1991年M.Gratzel提出染??敏化太阳能电池;早期电化学能量转换装置;化学电源应用--可移动电源

便携式电器：收录机；智能卡；计算器；手机；电脑……

军用装置：通讯；导弹；智能化步兵……..

航天航空：人造卫星，飞船…..

医用：心脏起搏器，助听器，备用电源

交通：汽车照明、起动；（混合）电动车

能量储存：供电平衡、可再生能储存;化学电源应用实例;年9月24日早晨，位于上海老城厢老西门11路超级电容公交车示范线运行。;便携式燃料电池潜在应用;二、电化学基础

1、电解质;表征离子在电场作用下迁移速度参数：电导

电导（1/R)=I/V

电导与电导率（?）关系：1/R＝?A/?,

电导率单位：S?cm-1

在多离子电导体系中，某一个离子对总电导贡献，或对电导所负担百分比：迁移数;熔盐电解质

高温熔盐：无机盐熔体，氧化物熔体

氧化物体系熔点较高，如La2O3-CuO（10:90摩尔比）1050℃

盐类混合物其次，NaCl-KCl（等摩尔）663℃

不含金属盐类和有机盐类熔点较低,

CO(NH2)2-NH4NO3（59:41）45.5℃,

AlCl3-MEICl（33:67）-75℃，MEI：1-甲基-3-乙基咪唑;固体电解质

聚合物电解质：

全氟磺酸树脂膜（质子交换膜）

由疏水氟碳主链区、离子簇和离子簇间形成网络结构所组成。因为离子簇周壁带有负电荷固定离子，而各离子簇之间通道短而窄，因而对于带负电且水合半径较大OH-离子迁移阻力远远大于H+,这也是离子膜含有选择透过性原因。;电导率大小大约比较：

LiCl–KCl低共熔体（723K，1.57S/cm)1MKCl水性电解液（约0.1S/cm)有机电解液，常温离子液体（10-2-10-3S/cm）大部分纯固体电解质;2.电极电位与电极极化;没有电流经过电极状态叫开路状态，测出电压叫开路电压。电流经过电极时，电极电位偏离平衡电位现象叫极化，其偏差值叫过电位，也叫超电势（?）。

极化是不可逆现象，极化越大，不可逆程度越大，电能损失越大。;理想极化与理想非极化电极;;燃料电池基本特点;燃料电池主要类型;Hydrogen;三合一催化电极结构与功效;40％Pt/C催化剂;贵金属Pt高成本是燃料电池大规模应用主要障碍，以过渡金