电化学能量储存与转换文稿演示
能量的转换与储存方式
能量的转换与储存方式随着人类社会的发展，能源的需求越来越大，同时环境保护问题也越来越受到人们的关注。
如何高效地转换和储存能量成为了当下研究的热点。
本文将讲述能量的转换和储存方式。
一、能量的转换能量的转换，即是将一种形式的能量转换为另一种形式的能量。
在生产和生活中，我们经常需要进行能量的转换，如化学能转换为热能、电能转换为机械能等。
以下几种能量的转换方式值得关注：1.光能转化日光是一种广泛存在且不会耗尽的资源，而太阳光可以被转换为电能或热能。
太阳能电池片是将光能直接转化为电能的一种常见方式。
而太阳能热发电则是利用太阳辐射产生热能使水蒸气推动涡轮发电的方式。
这些技术的应用有望实现清洁能源的长期稳定供应。
2.化学能转化化学能是指物质因化学反应而释放的能量，如燃料的燃烧。
将化学能转换为其他形式的能量也是我们经常需要进行的操作。
例如热能锅炉燃烧燃料生成热能，然后将这些热能用于驱动发电机生成电能。
另一种方式是利用电化学反应将化学能转换为电能，如蓄电池和燃料电池等。
3.机械能转化在行业生产和日常生活中，机械辅助设备的广泛应用促进了机械能的转换。
例如汽车引擎将燃油的化学能转换为机械能，同时驱动车轮的旋转，从而达到运动的目的。
车轮的转动则将机械能转化为动能。
二、能量的储存在能量转换的基础上，储存能量也是十分关键的。
储存能量有助于缓解能源供应短缺和需求不稳定性的问题。
以下列出常见的能量储存方式：1.电池储存电池储存是将化学能转化为电能并储存在电池之中。
现代电池具有高能量密度和长时间使用寿命等特点，在高速、高质量、节能的当前生产方式下，广泛应用于各行各业中。
2.超级电容储存超级电容储存是利用电场和电荷之间的相互作用储存能量，也是一种较为常见的储存方式。
超级电容器具有高速、高效、长周期等优势，通常用于电力质量改善和短时应急供电。
3.物理储存物理储存包括压缩空气储能和储热装置，如储热罐和蓄热板等。
压缩空气储能利用空气压缩并储存，释放时再通过逆向过程将能量释放出来。
【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
化学能转化为电能培训演示课件.ppt
分别放入等浓度盐酸中，Ｄ比Ａ反应剧烈。将Ｃｕ浸
入Ｂ的盐溶液中无明显变化，如果把Ｃｕ浸入Ｃ的盐
溶液中，有金属Ｃ析出。其活动顺序为：（B ）
Ａ、ＤＣＡＢ
Ｂ、ＤＡＢＣ
Ｃ、ＤＢＡＣ
Ｄ、ＢＡＤＣ
精心整理
3、一个原电池的总反应的离子方程式是Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu，该反应的原电池的组成正确的是（ C ）
演示探究
教材40页
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燃料电池
常见的燃料电池有氢氧燃料电池、甲烷燃料电池、 铝-空气燃料电池、熔融盐燃料电池等。
如图电池反应
负极：2H2+4OH--4e-=4H2O 正极：O2+2H2O+4e-=4OH总反应：O2+2H2=2H2O
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（4）海水电池
1991年，我国首创以铝-空气-海水为能源的新型电 池，用作航海标志灯。该电池以取之不的海水为电 解质，靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流。 这种海水电池的能量比“干电池”高20～50倍。电极 反应式为：
② A＞C＞D＞B
③ C＞A＞B＞D
④精心整B理＞A＞C＞D
1、 判断下列哪些装置构成了原电池？若不是，
试 一
请说明理由；若是，请指出正负极名称，并 写出电极反应式.
试①
②
(×)
(×)
负极： Zn－2e-＝Zn2+
③
正极： 2H++2e-＝H2↑
(∨)
总反应： Zn+2H+＝Zn2++H2↑
精心整理
负极：Zn+2OH--2e- = ZnO+H2O 正极：Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH总反应式为：Zn+ A精心g整2理O= ZnO+2Ag
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。
电化学与能量存储
04
电化学与环境保护
电池回收与处理技术
电池回收的重要性：避免资源 浪费和环境污染
回收方法：分类、破碎、分离、 冶炼等环节
处理技术：电解、热解、生物 降解等
政策法规：各国政府对电池回 收和处理的相关规定
电池对环境的影响与治理
电池生产过程中 的环境污染
电池回收处理技 术
电池对土壤和水 体的影响
方向之一。
固态电池技术的前景与挑战
固态电池技术 概述：利用固 态电解质代替 液态电解质的
电池技术
前景：提高能 量密度、安全 性、充电速度
和循环寿命
挑战：材料稳 定性、成本和
生产工艺
未来储能技术的发展方向与趋势
固态电池：提高能量密度和安全性，降低成本 锂硫电池：高能量密度、环保且成本低 钠离子电池：资源丰富、成本低，适合大规模储能 超级电容器：快速充放电、长寿命、高功率密度
电池回收利用的 意义与价值
绿色电池技术的发展趋势
锂离子电池：高效、轻便、能量密度高，广泛应用于电动汽车和移动设备
钠离子电池：资源丰富、成本低，具有较好的储能潜力 固态电池：无液态电解质，安全性高，能量密度更高，是未来电池发展的 重要方向 微生物电池：利用微生物代谢过程产生电流，具有环保、可持续的优点
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汇报人：XX
应用场景：电化 学储能技术主要 应用于可再生能 源并网、峰谷电 调峰、微电网等 领域，提高智能 电网的稳定性和 可靠性。
技术优势：电化 学储能技术具有 响应速度快、充 放电效率高、循 环寿命长等优点， 能够满足智能电 网的高效运行和 能源管理需求。
发展趋势：随着 智能电网的快速 发展和可再生能 源的广泛应用， 电化学储能技术 将迎来更加广阔 的发展前景和应 用空间。
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。
电化学技术在能源存储中的应用
电化学技术在能源存储中的应用一、引言电化学技术是指利用化学反应的物理过程，转化成电能，并将电能储存或转换为其他形式。
电化学技术已经被广泛应用于各种领域，特别是能源存储领域。
本文将讨论电化学技术在能源存储中的应用，并探讨其未来可能的前景。
二、电化学储能技术1.锂离子电池技术锂离子电池是一种以锂离子为媒介，将电能储存并放出的电池。
由于其可重复使用、高能量密度和长寿命，锂离子电池是目前最流行的电化学储存技术之一。
它被广泛应用于家用电器，移动电子设备和电动汽车等领域。
2.铅酸电池技术铅酸电池是一种传统的电池技术，由于其低成本、稳定性和可靠性，仍然被用于许多应用中。
然而，铅酸电池的能量密度相对较低，且寿命较短。
3.钠离子电池技术钠离子电池是一种相对较新的储能技术，它主要是由钠离子和电解质相互作用，转化为电能。
钠离子电池相对于锂离子电池拥有更高的安全性和更高的能量密度，但也存在一些问题，如循环寿命和可持续性等方面的限制。
4.纳米电池技术纳米电池是一种使用纳米技术制造出的电池，它通常以纳米材料和甚至单个分子构成。
由于其体积小、能量高且可重复使用的特点，纳米电池是一种非常有潜力的能源存储技术。
三、电化学存储技术的未来前景1.增强储能系统的可持续性随着全球对可持续能源的需求日益增加，电化学储能技术已成为解决可再生能源储存问题的主要方式。
通过使用电池储存不稳定的太阳能和风能，电力可以被转化为可储存形式，并在需要时提供。
储能技术的发展将使可再生能源成为更加可靠、环保和经济的能源来源。
2.提高储能系统的效率电化学储能技术存在一些问题，其中最主要的问题是能量效率问题。
虽然电池的能量密度和可循环次数已经提高很多，但其能量转换效率仍然比较低。
随着科技的不断进步，我们有望在未来看到更高效的电化学储能技术的出现。
例如，一些研究人员正在探索使用纳米技术来改善电化学储能系统的能量利用。
3.实现更少领域的应用随着技术的不断进步，电化学储能技术有望被应用于更广泛的领域，例如电动车、家庭储能以及航空和电网系统等。
(2024年)化学与能源ppt优秀课件
能源利用
通过化学反应提高能源的利用 效率，如催化剂可以加速化学 反应速率，提高能源的利用率 。
新能源开发
利用化学原理和方法开发新的 能源形式，如太阳能电池利用 光电效应将太阳能转换为电能
。
6
02
化学反应与能源转换
2024/3/26
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化学反应中能量变化
化学反应中的能量变化表现为吸热或放热，与反应物和生成物的总能量差有关。
随着光伏材料性能提升和制造成本降低，太阳能光伏技术将成为主导未
来能源领域的重要技术之一。
02
风能发电技术
风能作为一种清洁、可再生的能源，其发电技术将不断完善，并在全球
范围内得到广泛应用。
2024/3/26
03
氢能及燃料电池技术
随着氢能储存、运输和应用技术的不断突破，以及燃料电池性能的提高
和成本的降低，氢能及燃料电池技术将在未来能源领域占据重要地位。
化学反应的焓变（ΔH）表示反应过程中的能量变化，正值表示吸热，负值表示放热 。
化学反应中的能量变化可以通过实验测定，如量热法、光谱法等。
2024/3/26
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燃烧反应与热能转换
燃烧反应是一种放热反应，通常 涉及氧气与可燃物的反应，产生
热能和光能。
热能转换是指将燃烧产生的热能 转换为其他形式的能量，如机械
煤炭液化技术
将煤炭转化为液体燃料， 如煤制油、煤制甲醇等， 实现煤炭的高效利用。
洁净煤技术
采用先进的燃烧和污染控 制技术，减少煤炭燃烧产 生的污染物排放。
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石油清洁高效利用技术
石油炼制技术
通过蒸馏、裂化、重整等工艺， 将原油转化为各种石油产品，如
汽油、柴油等。
2024/3/26
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2007年9月24日上午，位于上海老城厢老西门的11路超级电 容公交车示范线运行。
便携式燃料电池的潜在应用
二次电池应用
主要为接近常温操作（45－60℃）的质子交换膜燃料电池
按离子导电类型区分：
二、电化学基础
1、电解质
化学电源对电解质的基本要求：
✓ 离子导电，电子绝缘 ✓ 高的离子电导率，宽的电化学稳定窗口
电解质体系分类：
按物理状态区分：
① 液体电解质：水性溶液，有机溶液（溶剂＋溶质：酸、碱、盐） ② 熔融盐：高温熔盐，常温熔盐（又叫离子液体） ③ 凝胶电解质：将液体电解质分散在淀粉、聚合物等中形成均一相 ④ 全固态电解质 ：聚合物电解质，无机固体电解质
能量的基本性质
不同的能量形态之间可以相互转换： 化学能热能机械能 电能 能量在空间和时间上的转换：能量的传输和储存 能量转换的基本规律：能量守恒定量：输入－输出＝储存
能量不仅有“量”的多少，还有“质”的高低。 物质的运动多种多样，但就其形态而论只有有序和无序两大类，有 序运动对应的能量叫有序能，无序运动对应的能量叫无序能。例如， 一切宏观整体运动的能量（包括机械能）或大量电子定向运动的电 能是有序能，物质内部分子杂乱无章的热运动则是无序能。
电化学能量储存与转换装置
电化学能量储存与转换的主要方式：
1、一、超级电容器：电极/电解质界面静电感应－双电层充放电
4、燃料电池（特殊一次电池）
5、光电化学电池：
（1）染料敏化太阳能电池（太阳能 ➔ 电能）
（2）可再生燃料电池（太阳能➔电能➔化学能➔电能）
✓ 由于煤炭的能量密度和能量品质较低，给环境和运输造成 巨大压力。目前，我国CO2的年排放总量在世界排行第一。由 于汽车的保有量快速增加，CO2排放有进一步增加的趋势。 ✓能源利用率低，GDP占全球的6%，但耗煤31%，油大于8%。 美国和日本的人均GDP能耗仅为我国的0.19倍和0.12倍。提 高能源利用率关键是要改善能源消费结构和能源的高效利用。
电化学反应与一般氧化还原反应的区别 ➢ 氧化还原反应：热能的吸收或释放， 可以获得 无序的热能：
2H2 + O2 → 2H2O, -G = 237.2 KJ/mol
一般热机发电效率：大多不超过40％
➢ 燃料电池反应：化学能直接变成有序的电能， 60％或更高效率！
应用电化学的发展概况：
1799年 Volta 发明“伏特电堆” 1807年Davy用电解法得到钠和钾 1859年Planet 发明铅酸电池 1868年G.Lec Lanche研制出锌锰干电池 1899年发明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,它是中国最早的氯碱工业 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William Grove于1839年提出） 1990年Sony首次大规模推出锂离子电池 1991年M. Gratzel提出染料敏化太阳能电池
进入21世纪，可再生能、核能将成为世界能源的 主角，清洁能源时代来临。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）。
国内现状与发展趋势
✓ 2003年消耗约2.67亿吨石油，世界第二，约40％依赖进口； 目前已经达到55％。2000年煤炭消耗13亿吨标煤，2008年达 到28亿吨，连续保持世界第一。煤炭占能源总消费比例高达 70%。
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。
（1831年英国的物理学家、化学家迈克尔·法拉第发现电磁感 应现象，数十年后发电机大规模发电）
有序能
高品质能
完全转换 不完全转换
无序能
低品质能
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的“火”时代； 煤炭时期：18世纪诞生蒸汽机，引起动力和产业革命， 19世纪末，电力全面推广，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）
电化学能量储存与转换文稿演示
优选电化学能量储存与转换
能源的另一种分类：
（1）一次能源 即可供直接利用的天然能源，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的能源，如电、蒸气、焦 炭、煤气、氢、活泼金属等。
✓ 低碳生活是人类发展和现代文明的要求。包括三个方面： 节能提效，使用新能源，化石能源洁净化（减排）。
二、电化学能量储存与转换概要
电化学能量储存与转换的基本模式
光电化学 太阳能电池
光能
光合作用→生物质能， 光解制氢
电能
电池充电，材料制备 电池放电
化学能
Fuel cell H2 O2
Electric power output
化学电源的应用--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、可再生能的储存
化学电源应用的实例
电化学技术用于
可再生能的储存
hv
与转换
Photosensitive catalyst
Towards Artificial Leaves for Solar Hydrogen and Fuels from Carbon Dioxide
Samir Bensaid, et al. CHEMSUSCHEM, 2012, 5, 500-521