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第1章 电化学理论基础1

1.1 电极电势与电池电动势1

1.1.1 电极／溶液界面的结构1

1.1.2 绝对电极电势与相对电极电势3

1.1.3 电极电势和电池电动势4

1.1.4 电池电动势与温度和压力的关系6

1.2 电化学反应的特点及研究方法7

1.2.1 电化学反应的特点7

1.2.2 电化学反应基本概念8

1.2.3 极化曲线及其测量方法9

1.2.4 电极过程特征及研究方法11

1.3 电化学步骤动力学12

1.3.1 电极电势对反应速度的影响12

1.3.2 稳态极化的动力学公式14

1.3.3 多电子转移过程16

1.4 液相传质过程动力学17

1.4.1 液相传质的方式17

1.4.2 稳态扩散过程18

1.4.3 电化学步骤不可逆时的稳态扩散21

1.5 气体电极过程21

1.5.1 氢析出电极过程22

1.5.2 氧电极过程23

第2章 化学电源概论25

2.1 化学电源的发展25

2.2 化学电源的分类26

2.3 化学电源的工作原理及组成26

2.3.1 化学电源的工作原理26

2.3.2 化学电源的组成27

2.4 化学电源的电性能28

2.4.1 电池的电动势28

2.4.2 电池的开路电压29

2.4.3 电池的内阻29

2.4.4 电池的工作电压29

2.4.5 电池的容量与比容量31

2.4.6 电池的能量与比能量35

2.4.7 电池的功率与比功率36

2.4.8 电池的储存性能与自放电37

2.4.9 循环寿命38

2.5 化学电源中的多孔电极38

2.5.1 多孔电极的意义38

2.5.2 两相多孔电极39

2.5.3 三相多孔电极42

第3章 锌锰电池49

3.1 概述49

3.2 二氧化锰电极50

3.2.1 二氧化锰阴极还原的初级过程50

3.2.2 二氧化锰阴极还原的次级过程51

3.2.3 二氧化锰阴极还原的控制步骤52

3.3 锌电极52

3.3.1 锌电极的阳极氧化过程52

3.3.2 锌电极的钝化52

3.3.3 锌电极的自放电53

3.4 锌锰电池材料54

3.4.1 二氧化锰材料54

3.4.2 锌材料56

3.4.3 电解质57

3.4.4 隔膜57

3.4.5 导电材料57

3.4.6 锌膏凝胶剂58

3.5 锌锰电池制造工艺58

3.5.1 糊式锌锰电池58

3.5.2 纸板电池58

3.5.3 叠层锌锰电池61

3.5.4 碱性锌锰电池61

3.5.5 可充碱性锌锰电池63

3.6 锌锰电池的主要性能64

3.6.1 开路电压与工作电压64

3.6.2 欧姆内阻、短路电流和负荷电压65

3.6.3 容量及其影响因素65

3.6.4 储存性能66

3.6.5 高温性能和低温性能66

第4章 铅酸蓄电池67

4.1 概述67

4.1.1 铅酸蓄电池的发展67

4.1.2 铅酸蓄电池的结构68

4.1.3 铅酸蓄电池的用途69

4.1.4 铅酸蓄电池的特点69

4.2 铅酸蓄电池的热力学基础69

4.2.1 电池反应、电动势69

4.2.2 铅-硫酸水溶液的电势-pH图70

4.3 板栅73

4.3.1 板栅合金73

4.3.2 铅板栅的腐蚀75

4.4 二氧化铅正极76

4.4.1 二氧化铅的多晶现象76

4.4.2 二氧化铅颗粒的凝胶-晶体形成理论76

4.4.3 正极活性物质的反应机理77

4.5 铅负极78

4.5.1 铅负极的反应机理78

4.5.2 铅负极的钝化79

4.5.3 负极活性物质的收缩与添加剂79

4.5.4 铅负极的自放电79

4.5.5 铅负极的不可逆硫酸盐化81

4.5.6 高倍率部分荷电状态下铅负极的硫酸铅积累81

4.6 铅酸蓄电池的电性能82

4.6.1 铅酸蓄电池的电压与充放电特性82

4.6.2 铅酸蓄电池的容量及其影响因素82

4.6.3 铅酸蓄电池的失效模式和循环寿命84

4.6.4 铅酸电池的充电接受能力84

4.7 铅酸蓄电池制造工艺原理85

4.7.1 板栅制造85

4.7.2 铅粉制造85

4.7.3 铅膏的配制86

4.7.4 生极板的制造87

4.7.5 极板化成87

4.7.6 电池装配90

第5章 镉镍电池91

5.1 概述91

5.2 镉镍电池的工作原理92

5.2.1 成流反应92

5.2.2 电极电势与电动势92

5.3 氧化镍电极92

5.3.1 氧化镍电极的反应机理92

5.3.2 氧化镍电极的添加剂94

5.3.3 氧化镍电极材料95

5.4 镉电极96

5.4.1 反应机理96

5.4.2 镉电极的钝化与聚结97

5.4.3 镉电极的充电效率与自放电97

5.4.4 镉电极材料97

5.5 密封镉镍电池98

5.5.1 密封原理98

5.5.2 密封措施98

5.6 镉镍电池的电性能100

5.6.1 充放电曲线100

5.6.2 记忆效应101

5.6.3 循环寿命101

5.6.4 自放电102

5.7 镉镍电池的制造工艺102

5.7.1 有极板盒式电极的制造102

5.7.2 烧结式电极的制造103

5.7.3 黏结式电极的制造106

5.7.4 发泡式电极的制造106

5.7.5 纤维式电极的制造107

5.7.6 电沉积镉电极的制造107

5.7.7 密封镉镍电池的制造108

第6章 金属氢化物镍电池109

6.1 概述109

6.2 MH-Ni电池的工作原理与特点109

6.2.1 MH-Ni电池的工作原理109

6.2.2 MH-Ni电池的密封110

6.2.3 金属氢化物-镍电池的特点111

6.3 储氢合金电极111

6.3.1 储氢合金的性质111

6.3.2 储氢合金电极的电化学容量113

6.3.3 储氢合金的分类113

6.3.4 AB5型储氢合金114

6.3.5 AB2型储氢合金115

6.3.6 储氢合金的制备116

6.3.7 储氢合金电极的制造117

6.3.8 储氢合金电极的性能衰减117

6.3.9 储氢合金的表面处理技术118

6.4 MH-Ni电池的性能118

6.4.1 MH-Ni电池充放电特性118

6.4.2 温度特性119

6.4.3 内压119

6.4.4 自放电特性120

6.4.5 循环寿命120

第7章 锌氧化银电池121

7.1 概述121

7.2 锌氧化银电池的工作原理122

7.2.1 电极反应122

7.2.2 电极电势与电动势122

7.3 氧化银电极123

7.3.1 充放电曲线123

7.3.2 氧化银电极的自放电125

7.4 锌负极127

7.4.1 锌的阳极钝化127

7.4.2 锌的阴极沉积过程129

7.5 锌氧化银电池的电化学性能129

7.5.1 放电特性129

7.5.2 锌银电池的循环寿命130

7.6 锌银电池结构与制造工艺132

7.6.1 电极制备132

7.6.2 隔膜和电解液134

7.6.3 电池装配135

第8章 锂电池137

8.1 概述137

8.1.1 锂电池的发展与特点137

8.1.2 锂电池分类138

8.2 锂电池的电极与电解液139

8.2.1 正极材料139

8.2.2 锂负极139

8.2.3 电解液140

8.3 Li-MnO2电池144

8.3.1 Li-MnO2电池的特点及基本原理144

8.3.2 Li-MnO2电池的结构与制备145

8.3.3 Li-MnO2电池特性146

8.4 Li-SOCl2电池147

8.4.1 特点及基本原理147

8.4.2 Li-SOCl2电池的组成和结构148

8.4.3 Li-SOCl2电池的电化学特性149

8.5 Li-SO2电池150

8.5.1 基本原理150

8.5.2 Li-SO2电池结构与制造工艺150

8.5.3 Li-SO2电池特性151

8.6 其他锂电池152

8.6.1 Li-（CFx）n电池152

8.6.2 Li-I2电池153

第9章 锂离子电池155

9.1 概述155

9.1.1 锂离子电池的发展史155

9.1.2 锂离子电池的工作原理155

9.1.3 锂离子电池的特点和应用156

9.2 锂离子电池的正极材料157

9.2.1 钴酸锂157

9.2.2 锰酸锂158

9.2.3 镍酸锂160

9.2.4 磷酸亚铁锂160

9.2.5 其他正极材料161

9.3 锂离子电池的负极材料162

9.3.1 碳素材料162

9.3.2 合金负极材料163

9.3.3 其他负极材料165

9.4 锂离子电池的电解液165

9.4.1 有机溶剂166

9.4.2 电解质盐167

9.4.3 电解液添加剂168

9.5 聚合物锂离子电池169

9.5.1 聚合物锂离子电池的特点169

9.5.2 聚合物锂离子电池的结构169

9.6 锂离子电池的制造工艺170

9.6.1 极片制造170

9.6.2 电池的装配171

9.6.3 聚合物锂离子电池的制造172

9.7 锂离子电池的性能173

9.7.1 充放电性能174

9.7.2 安全性174

9.7.3 自放电与储存性能177

9.7.4 使用和维护177

第10章 燃料电池179

10.1 燃料电池概述179

10.1.1 燃料电池的发展历史179

10.1.2 燃料电池的工作原理179

10.1.3 燃料电池的工作特点181

10.1.4 燃料电池的类型181

10.1.5 燃料电池系统的组成182

10.1.6 燃料电池的应用183

10.2 燃料电池的热力学基础184

10.2.1 燃料电池电动势184

10.2.2 燃料电池的理论效率185

10.3 燃料电池的电化学动力学基础185

10.3.1 燃料电池的极化行为185

10.3.2 燃料电池的电极反应机理186

10.3.3 燃料电池的实际效率189

10.4 燃料电池所用的燃料189

10.4.1 氢气燃料的制备190

10.4.2 氢气燃料的净化192

10.4.3 氢气燃料的储存193

10.4.4 其他燃料194

10.5 碱性燃料电池195

10.5.1 简介195

10.5.2 碱性燃料电池的工作原理195

10.5.3 碱性燃料电池组件及其材料196

10.5.4 碱性燃料电池的排水197

10.5.5 碱性燃料电池的性能及其影响因素197

10.6 磷酸燃料电池199

10.6.1 简介199

10.6.2 磷酸燃料电池的工作原理199

10.6.3 磷酸燃料电池的组成和材料199

10.6.4 磷酸燃料电池的排水和排热202

10.6.5 磷酸燃料电池性能203

10.7 熔融碳酸盐燃料电池206

10.7.1 简介206

10.7.2 熔融碳酸盐燃料电池的工作原理207

10.7.3 电解质和隔膜207

10.7.4 电极209

10.7.5 双极板210

10.7.6 熔融碳酸盐燃料电池性能210

10.8 固体氧化物燃料电池211

10.8.1 简介211

10.8.2 固体氧化物燃料电池的工作原理212

10.8.3 电解质213

10.8.4 电极213

10.8.5 双极板214

10.8.6 电池结构类型214

10.8.7 燃料电池性能216

10.9 质子交换膜燃料电池216

10.9.1 简介216

10.9.2 质子交换膜燃料电池的工作原理216

10.9.3 质子交换膜217

10.9.4 催化剂和电极218

10.9.5 双极板和流场219

10.9.6 水管理220

10.9.7 质子交换膜燃料电池的性能221

10.10 直接醇类燃料电池221

10.10.1 简介221

10.10.2 直接甲醇燃料电池的工作原理221

10.10.3 甲醇氧化和电催化剂222

10.10.4 质子交换膜223

10.10.5 直接甲醇燃料电池的性能223

10.11 金属空气燃料电池224

10.11.1 简介224

10.11.2 锌-空气电池工作原理224

10.11.3 阴极225

10.11.4 阳极225

10.11.5 锌空气电池的性能226

第11章 电化学电容器228

11.1 概述228

11.2 电化学电容器与电池的比较228

11.2.1 能量的存储形式228

11.2.2 电容器和电池的电能存储模式比较228

11.2.3 电化学电容器和电池运行机理的比较229

11.2.4 电化学电容器与电池能量密度的差别229

11.2.5 电化学电容器和电池充放电曲线的比较230

11.2.6 电化学电容器和电池循环伏安性能的比较230

11.3 双电层电容及碳材料232

11.3.1 双电层模型及其结构232

11.3.2 双层电容和理想极化电极234

11.3.3 非水电解质中双层的行为和非水电解质电容器234

11.3.4 用于电化学电容器的碳材料235

11.3.5 关于碳材料的双层电容236

11.3.6 影响碳材料电容性能的因素237

11.4 法拉第准电容及氧化钌材料239

11.4.1 准电容（CФ）和双层电容（Cdl）的区分方法239

11.4.2 用于电化学电容器的氧化钌（RuO2）材料240

11.4.3 氧化钌的制备、充放电机理及电化学行为240

11.4.4 其他氧化物膜表现的氧化还原准电容行为242

11.5 导电聚合物膜的电容行为243

11.5.1 概述243

11.5.2 导电聚合物与准电容有关的行为及循环伏安曲线的形式245

11.5.3 以导电聚合物为活性材料的电容器系统的分类246

11.6 影响电容器性能的电解质因素248

11.6.1 水性电解质248

11.6.2 非水电解质248

11.7 制备技术及评价方法249

11.7.1 用于碳基电容器电极的制备250

11.7.2 基于RuOx的电容器电极的制备251

11.7.3 电容器的装配251

11.7.4 电化学电容器的实验性评价252

第12章 电极材料与电池性能测试254

12.1 电极材料的电化学测试体系254

12.1.1 三电极体系254

12.1.2 复合粉末电极技术254

12.1.3 粉末微电极技术255

12.2 电势阶跃法256

12.2.1 小幅度电势阶跃法256

12.2.2 极限扩散控制下的电势阶跃法257

12.3.3 电势阶跃法测定电极中反应物质的固相扩散系数259

12.3 循环伏安法260

12.3.1 可逆电极体系的循环伏安曲线260

12.3.2 不可逆电极体系的循环伏安曲线260

12.3.3 电池中循环伏安法的应用261

12.3.4 循环伏安法测定电极中反应物质的固相扩散系数261

12.4 电化学阻抗谱技术262

12.4.1 电化学极化和浓差极化同时存在时的电化学阻抗谱262

12.4.2 电化学阻抗谱的解析263

12.4.3 电池中电化学阻抗谱的应用264

12.5 电池性能测试方法266

12.5.1 充放电性能与容量测试266

12.5.2 循环性能测试268

12.5.3 自放电与储存性能测试269

12.5.4 内阻测试269

12.5.5 内压测试270

12.5.6 温度特性测试270

12.5.7 安全性能测试271

参考文献272