电化学能量储存和转换共100页
《电能转化为化学能》课件
常见的电能转化为化学能的应用
电动车
电能可以被储存在电池中，用于驱动电动车 的电动机，从而取代传统的燃油动力。
电化学合成
通过利用电能将无机物转化为有机物，实现 低碳经济和资源利用的循环。
可再生能源储存
电能可以被转化为化学能，储存在电池或储 氢装置中，以备不时之需，为可再生能源提 供持续稳定的供电。
电解水制氢
电能可以用来电解水，将水分解为氢气和氧 气，用于氢能源的生产和利用。
电能转化为化学能的优势和限制
优势
• 可再生性和环保 • 高效能源转换 • 灵活性和可控性 • 多领域应用
限制
• 依赖电池技术的进一步发展 • Байду номын сангаас本和效率方面的挑战 • 资源限制和可持续性问题
结论和总结
通过电能转化为化学能，我们可以实现能源的高效转换和储存，促进可持续 能源的发展。然而，我们需要克服技术、经济和环境等方面的挑战，以确保 电能转化为化学能的应用能够持续发展并为人类福祉作出贡献。
电解池和电解反应
电解池是由电解质溶液和两个电极组成的装置。 通过电解反应，正极吸引阴离子，负极吸引阳离 子，从而使化学物质发生氧化还原反应，转化为 储存的化学能。
电化学电池的工作原理
电化学电池由两个电极和介质中的电解质组成。 在电解质中发生氧化还原反应，电子在两个电极 之间流动，产生电流。这样，电能就被转化为可 用于驱动其他化学反应的化学能。
电能转化为化学能
在这个PPT课件中，我们将介绍电能转化为化学能的过程和原理，探讨电化 学电池的工作原理以及常见的应用领域。通过这个课件，您将了解电能转化 为化学能的重要性以及其在能源转换中的优势和限制。
电能转化为化学能的定义
电能转化为化学能是指将电能转化为储存在化学物质中的能量的过程。通过 电解池和电解反应，电能可以被利用来改变化学反应的方向和速率，从而将 电能转化为化学势能。
电化学能源转换
电化学能源转换是指将化学能转换为电能或将电能转换为化学能的过程。
它涉及到很多领域，包括化学、物理、电子工程等等，被广泛应用于能源存储和转换领域。
下面我们将按类划分成三个部分，分别是太阳能、燃料电池和电化学储能。
太阳能太阳能是通过电解水将太阳能转换为氢气和氧气的过程。
这个过程可以用在储能和汽车燃料电池中。
太阳能电解水可以通过PV 电解或Photoelectrochemical 水分裂来实现。
PV电解通过将太阳能直接转换为电能来电解水。
而光电化学水分裂则是利用光生电子和空穴来电解水，其中最有效的方法是半导体电极催化水分解。
现在的主流光电化学（PEC）水分解电极是由单晶纳米材料构成的，比如氧化钴（Co3O4）和氧化镉（CdO）。
这些纳米材料的亲水性非常好，这使得它们比其他材料更能促进水分解。
利用这些电极可以获得最高达到10%的光至氢转换效率，这是一个非常高的数字。
但是，目前光电化学水分解仍存在一些限制，如水的分解速率较慢、低的光子吸收率和不足的稳定性等问题。
因此，科学家们需要在材料设计方面付出更多的努力，以克服这些限制。
燃料电池燃料电池（Fuel cells）是一种将化学能转换为电能的装置，其工作原理是将燃料和氧气反应生成电能，控制出现的化学氧化还原反应以产生电能和热能。
一个典型的燃料电池由质子交换膜（PEM）、阳极、阴极和电解质等基本组件组成。
当前，最常见的燃料电池类型是质子交换膜燃料电池（PEMFCs）。
这种燃料电池使用质子交换膜来区分阴阳极，并将氢作为燃料和氧气作为氧化剂使用。
质子交换膜需要保持一定的水份和温度，否则它会失去分离质子和电子的能力。
在实际应用中，PEMFCs被广泛用于汽车、公用事业和基站等领域。
除此之外还有其他类型的燃料电池，如固体氧化物燃料电池（SOFC）和碱性燃料电池（AFC），它们都具有不同的优点和缺点，因此在不同的应用场合中使用。
电化学储能电化学储能（Electrochemical energy storage）是通过将电能转化为化学能存储在化学反应中的过程。
【电化学】第五章 电化学能量转换和储存
2Na+5S=Na2S5
(初期)
2Na+4Na2S5=5Na2S4 (中、后期)
2Na+Na2S4=2Na2S2 (后期，Na2S5耗尽后)
二、固体电解质电池
与溶液型电解质电池相比，其特点是贮存寿命长，使用 温度范围广，耐振动及冲击，没有泄漏电解液或产生气体 等问题，能制成薄膜，做成各种形状和微型化。但是固体 电解质的电导率低于液态电解质溶液，常温时电他的比功 率和比能量较低，容易出现极化，不易适应工作时体积变 化
第三节 蓄 电 池
一、铅酸蓄电池
1、 铅酸蓄电池分类、结构和工作原理
铅酸蓄电池分类
启动用蓄电池
固定型蓄电池
牵引用蓄电池
摩托车用蓄电池
按用途分
船舶用蓄电池
航空用蓄电池
坦克用蓄电池
铁路客车用蓄电池
航标用蓄电他
矿灯用蓄电池等
三.锌汞电池和锌银电池
1.锌汞电池
Zn(含少量Hg)｜30-40%KOH(ZnO饱和)｜HgO，Hg 负极反应 Zn+4OH- = Zn(OH)42-+ 2e
（6）自放电
第三节 蓄 电 池
3、密封式铅酸电池 使电池达到气密有三个途径：
（1）气相催化法 （2）辅助电极式 （3）阴极吸收式
二、镉镍蓄电池 碱性蓄电池是使用KOH或NaOH电解液的二次电池的
总称。包括镉镍、镉银、锌银、锌镍、氢镍等蓄电池 镉镍电池的优点：①对进行高率放电；②低温特性好；
③循环寿命长；④即使完全放电，性能也不怎么下降； ⑤易于维护；⑥易于密闭化。缺点主要是电压较低
三、电池的命名和型号 自学！！
第二节 用锌作负极的电池
一、锌锰干电池 锌－二氧化锰电池常称锌锰十电池，正极为二氧
电化学能源转化与储存技术进展
电化学能源转化与储存技术进展近年来，全球对可再生能源的需求日益增长，而电化学能源转化与储存技术正成为一个热门的研究领域。
这种技术可以将可再生能源转化为电能，并将其储存起来供日后使用，是解决能源问题的一种重要途径。
本文将就电化学能源转化与储存技术的最新进展进行探讨。
一、锂离子电池方面的进展锂离子电池作为目前最常用的电池之一，在电动车、移动设备等领域得到了广泛应用。
然而，由于锂离子电池电解液中的有毒有害物质，以及锂资源有限，这种电池在环境和可持续性方面存在一些问题。
近年来，人们开始研究新型的电解液和新型的锂离子电池材料，以解决这些问题。
例如，采用无机固体电解质替代传统有机电解质可以提高电池的安全性和热稳定性。
同时，研究人员还在寻找具有更高能量密度和更长寿命的锂离子电池材料。
石墨相对稳定，但能量密度不高，因此有人开始研究使用硅等材料来替代石墨，以提高电池的能量密度。
二、燃料电池方面的进展燃料电池是一种将化学能转化为电能的装置，它可以以氢气或甲醇等作为燃料，产生电能和水。
与传统锂离子电池相比，燃料电池具有更高的能量密度和更长的工作时间，但目前的燃料电池成本较高，还面临着燃料存储和分配等问题。
为了解决这些问题，科研人员致力于开发高效低成本的燃料电池。
其中，质子交换膜燃料电池（PEMFC）被认为是最有潜力的燃料电池类型之一。
近年来，人们改进了催化剂的设计，提高了燃料电池的催化活性和稳定性。
同时，还研究了新型的质子交换膜材料，以提高燃料电池的工作寿命和耐久性。
三、储能技术方面的进展储能技术是电化学能源转化与储存中的关键环节，它可以将电能储存起来，以供日后使用。
目前，常见的储能技术包括锂离子电池、超级电容器和氢储能等。
在锂离子电池方面，科研人员一直致力于提高其能量密度和循环寿命，以满足不同应用场景的需求。
而在超级电容器方面，人们正在研究新型的电极材料和电解质，以提高超级电容器的能量密度和功率密度。
另外，氢储能作为一种长期储能技术备受关注。
电化学能量储存技术的原理与应用
电化学能量储存技术的原理与应用电化学是一门涉及化学反应与电学现象的学科，它在现代科技中具有重要的地位。
电化学能量储存技术就是基于电化学反应实现能量储存与释放的技术。
它具有很多优点，比如高效、环保、可再生性强等。
本文将对电化学能量储存技术的原理与应用进行探讨。
一、原理电化学反应是化学反应与电学现象的综合体现，它发生在电解质溶液中，而非在纯电子导体中。
电化学反应过程中，化学反应的能量被转化为电能，因此可以实现能量的储存与释放。
电化学能量储存技术主要有两种形式：电化学电容技术与电化学电池技术。
在电化学电容技术中，电荷被储存在电容器中。
电容器的两个电极之间装有不可导电的介质。
当电容器被接上电源时，电荷被储存在介质中，这样就可以实现电的储存。
电化学电容技术的优点是响应速度快、能量密度高、寿命长等。
在电化学电池技术中，通过化学反应储存能量。
如果电极之间的电势差大于零，化学反应将会发生。
化学反应的能量被留存在电池中，这样就能实现能量的储存。
而当电池通电时，反应会逆转，被储存的能量被释放出来，这样就能实现能量的利用。
电化学电池技术的优点是能量密度高、稳定性好等。
二、应用电化学能量储存技术的应用非常广泛，它被应用于很多领域，比如电动汽车、移动设备、太阳能、风能等。
下面将对其中几个应用进行详细介绍。
1、电动汽车。
电动汽车的储能系统主要采用电化学电池技术，储能速度与能量密度是判断电池性能的两个关键因素。
电化学储能技术的应用使得电动汽车具备了良好的性能。
现如今，锂离子电池已经成为电动汽车中最常用的能量储存设备。
2、移动设备。
移动设备的市场需求很大，通过电化学储能技术可以实现对移动设备能源供应的改善。
随着科技的不断发展，石墨烯超级电容技术逐渐被应用到移动设备中，它可以提高手机电池储能和充电速度，缩短充电时间，并延长电源使用时间。
3、太阳能、风能。
太阳能、风能是可再生能源的代表，这些能源的不稳定性和间歇性限制了其广泛应用。
电化学能量储存与转换
1990年Sony首次大规模推出锂离子电池
1991年M. Gratzel提出染料敏化太阳能电池
早期的电化学能量转换装置
1836年，英国的丹尼尔对 “伏特电堆”进行了改良。 不是最早的盐水溶液，而 用稀硫酸作电解液，解决 了电池极化问题，制造出 能保持平稳电流的锌─铜 电池，又称“丹尼尔电 池”。丹尼尔电池最早用 于电报机。
电 导 率
温度
产生最大值的 原因何在？
溶质浓度
熔盐电解质
高温熔盐： 无机盐熔体，氧化物熔体
氧化物体系的熔点较高，如La2O3-CuO （10:90 摩尔比） 1050℃
盐类混合物其次，NaCl-KCl（等摩尔） 663 ℃
不含金属的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
酸性燃料电池
熔融碳酸盐燃料电池
固体氧化物燃料电池
质子交换膜燃料电池的原理与技术
三合一催化电极的构造与功能
40％Pt/C催化剂 研究趋势：从减小铂的颗粒度并提高分散均匀性，到采 用外层为铂的核壳结构或低铂合金，再到非铂催化剂。
贵金属Pt的高成本是燃料电池大规模应用的主 要障碍，以过渡金属M制备M-N4/PPy系催化剂是 一种新的有效尝试。Bashyam在《Nature》上报 到了一种燃料电池低成本CoPPy/C新型催化剂， 此类催化剂不仅有很高氧还原催化活性，而且 有良好的稳定性。 制备方法： 在碳上化学聚合吡咯得到PPy/C复合载体； 浸渍六水合硝酸钴，再用硼氢化钠还原，使
大部分参比电极在小电流密度的情况下属于理 想非极化电极。在金属铂电极上的析氢和脱氢 反应也只有很小的极化电压。
电化学储能简介演示
技术创新与产业升级
技术创新
电化学储能技术不断发展，各种新型电池材料和电池技术不 断涌现，如固态电池等，提高了储能效率和安全性，降低了 成本，为电化学储能的广泛应用提供了强有力的支撑。
产业升级
随着产业规模的不断扩大，电化学储能产业链不断完善，上 下游企业加强合作，推动产业向高端化、智能化方向发展， 提高产业附加值和竞争力。
电化学储能系统在运行过程中产生的污染 物较少，相较于其他储能技术更为环保。
电化学储能面临的挑战
成本
电化学储能系统的成本较高，主要是由于电池等核心组件 的价格较高。
寿命与可靠性
电化学储能系统的寿命和可靠性受到多种因素的影响，如 充放电次数、工作温度、电池内部化学反应等，这些因素 可能影响系统的长期性能和稳定性。
力质量。
交通领域
燃料电池汽车和电动自行车等交 通工具是电化学储能的重要应用 领域之一。它们利用电池作为能 源储存媒介，提供持续的电能供
应。
航空航天
燃料电池在航空航天领域也有广 泛应用，例如用于卫星、无人机
等航空器的能源供应。
02
电化学储能技术
电池技术
铅酸电池
铅酸电池是最早出现的二次电池，具有高安全性和高性价比，广泛 应用于汽车、电力、通信等领域。
电化学储能简介演示
汇报人： 日பைடு நூலகம்:
目 录
• 电化学储能概述 • 电化学储能技术 • 电化学储能的优势与挑战 • 电化学储能的发展趋势与前景 • 电化学储能案例分析
01
电化学储能概述
什么是电化学储能
电化学储能是一种利用化学反应储存 能量的技术。它通过化学反应将能量 转化为化学键，然后可以在需要时将 化学键转化为电能。
化学工程视野下的电化学能源转换与存储
化学工程视野下的电化学能源转换与存储摘要：本文从化学工程的视角综述了电化学能源转换与存储技术等的国内外研究发展状况，指出并剖析了该体系存在的关键科学/技术问题。
关键词：传递过程；电化学；能源近年来，在高效电极材料、电催化剂、电解液、隔膜以及系统等方面均取得了较大的成绩，基本实现在实验室中材料的可控制备和系统的正常运行。
但是，仍然面临着一些关键的科学和技术问题，距离其大规模工业化应用仍存在差距。
1电化学领域中的三传一反三传一反即质量传递、动量传递、热量传递和反应工程。
在电化学能源转换与存储技术中，三传一反至关重要。
以锂硫电池为例，多硫化锂在电极材料中的溶解和扩散速率直接影响了电池的倍率性能和稳定性。
基于化工过程中反应器内的折流挡板能够调节流体流动状态的技术，采用静电自组装的方法设计制备了一种具有类折流挡板结构的石墨烯气凝胶，并将其作为多硫化锂的宿主材料。
这一独特设计改变了多硫化锂在材料内部的流动状态和停留时间，抑制了多硫化锂的溶解与扩散，从而使其表现出优异的循环稳定性，在1C下循环500次仍保持509mA·h/g的容量。
此外，基于流体力学的基本规律，通过重力场辅助，实现了具有梯度缺陷密度的碳耦合量子点全碳材料的精细化制备，并将其应用于I-3还原反应，光电转换效率最高可达8.42%。
基于电化学技术的能源存储与转换器件，在静置/使用过程中也涉及热量的输入与移出。
以锂电池为例，由于内部短路、外部因素或者大电流下自放热等原因导致副反应发生，大量气体释放以及热量累积，如果无法及时导出和释放，存在严重的安全隐患。
在一些特殊工况条件下，如超低温环境下，锂电池在使用过程中因传热效率差，常面临发动机启动困难、充电缓慢等问题，需要外界投入大量的热量以减少功率损耗。
为了解决这一问题，相关人士开发了一种自发热型“全气候电池”，其无需外部加热装置或者电解液添加剂，从0℃以下自行加热。
这种自热式全气候电池在50%的充电状态下，-30℃时可实现 (1061/1425)W/kg的放电/再生功率。