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新能源材料概述pptx完美体育(中国)控股有限公司发布日期:2023-01-22 浏览次数:

  完美体育第六章 新能源材料概述 第六章 新能源材料概述 第六章 新能源材料概述 §6.1 概述 不可再生资源枯竭 环境污染及温室效应加重 IT电子器件以及电力交通的发展 时代需求:可再生能源的开发与储存 1. 能源和环境面临的现状 第六章 新能源材料概述 图1 从1700年至今的基林曲线(Mauna Loa观测站)* *1958年前的数据为冰核中测得 第六章 新能源材料概述 图2 从1958年至今的基林曲线(Mauna Loa观测站)* 第六章 新能源材料概述 全球变暖 冰川及两极冰盖融化 海平面上升 极端气候 海洋pH值降低,生物大量死亡 第六章 新能源材料概述 人类活动的影响最大! 第六章 新能源材料概述 清洁能源——不向环境排放有害物,包括某些不可再生能源,如核能。 可再生能源——消耗后可得到补充,不排放或排放极少量污染物。 (最理想的能源) 风能 水能 潮汐能 太阳能 地热能 2.新能源技术——可持续发展的必需 第六章 新能源材料概述 优势:无排放、可持续(取之不尽用之不竭) 劣势:不连续,太阳能、风能、潮汐能等发的电难以直接并入电网系统 如何有效利用可再生能源? 储能技术 第六章 新能源材料概述 太阳能电池——光电转化 能量转换 第六章 新能源材料概述 锂离子电池 铅酸电池 液流电池 能量存储 第六章 新能源材料概述 干电池 燃料电池 超级电容器 第六章 新能源材料概述 §6.2 电化学基础 电化学的研究对象: 电化学是研究电能和化学能相互转化规律的科学。 第六章 新能源材料概述 电化学的应用领域: 应用领域: a) 化学电源(镍氢电池、锂离子电池等) b) 冶金行业(电解铜、电解锌、电解铝等) c) 金属防腐(舰船、路桥、电力、化工等) d) 化工原料生产(电解法制烧碱) e) 电分析化学(有机、药物、生物等领域) 第六章 新能源材料概述 光合作用:据估计,地球上的植物每年通过光合作用存储了大约1017 kJ能量,同时将1010 t无机碳转化为碳水化合物及其他有机物。(能量储存) 燃烧:推动了远古人类的进化,推动了人类社会的发展。(人类利用能量) 所有氧化还原反应的特征:电子的转移 能量的变化 光、热、做功 1. 电化学的基础——氧化还原反应 第六章 新能源材料概述 2. 电解池和原电池 但如将逆反应放入如图 所示装置内,通电后,逆反 应可进行。 25℃下: rGmθ=-327.2 kJmol-1

  0 正反应自发进行; 逆反应不可自发进行     极板/溶液:电子得失 溶液中:离子定向迁移 电解 原电池 电解池 利用电能来发生化学反应的装置称为电解池。 第六章 新能源材料概述 无论是原电池还是电解池,其共同的特点是: 当外电路接通时,在电极与溶液的界面上有电子得失的反应发生;溶液内部有离子作定向迁移运动。 极板与溶液界面上进行的化学反应电极反应。 两个电极反应之和为总的化学反应,对于原电池为电池反应; 对于电解池则为电解反应 。 第六章 新能源材料概述 电解池: 阴极: 2h+ + 2e-  h2 阳极: 电解反应: 电解池: 阳极:接直流电源正极 阴极:接直流电源负极 例:氢与氧的反应 阳离子向阴极运动; 阴离子向阳极运动。 阳极 阴极 正极 负极 第六章 新能源材料概述 pb + pbso4 pbo2 + pbso4 h2so4 pb(s) + so42-(a1) – 2e- = pbso4(s) e- e- 负极(-) 阳极 正极(+) 阴极 负极 pbo2(s) + so42-(a1) + 4h+(a2) + 2e- = pbso4(s) + 2h2o(l) 正极 阳极 还原反应 例:已知图中电化学池,判断两个电极的类型及电流流向。 氧化反应 阴极 i i 第六章 新能源材料概述 判断思路: (1)从反应方程式判断得失电子情况 (2)根据“氧化反应 阳极”、“还原反应 阴极”的原则确定阴阳极; (3)根据得失电子情况判断电子流向:电子能且只能走外电路; (4)确定电流流向 确定正负极:在外电路中电流永远只从正极流向负极。 可确定氧化/还原反应类型; (或:在外电路中电子永远只从负极流向正极) 第六章 新能源材料概述 pb + pbso4 pbo2 + pbso4 h2so4 e- e- 阴极 阳极 pbso4(s) + 2e- = pb(s) + so42-(a1) pbso4(s) + 2h2o(l) – 2e- = pbo2(s) + so42-(a1) + 4h+(a2) 例:已知图中电化学池,判断两个电极的类型、电流流向及外接电源的接法。 还原反应 阴极 阳极 氧化反应 电源 i i 第六章 新能源材料概述 pb + pbso4 pbo2 + pbso4 h2so4 e- e- 负极(-) 阳极 正极(+) 阴极 pb + pbso4 pbo2 + pbso4 h2so4 e- e- 负极(-) 阴极 正极(+) 阳极 电极的辨认原则(重点): pb(s) + so42-(a1) – 2e- = pbso4(s) 负,阳极,氧化 pbo2(s) + so42-(a1) + 4h+(a2) + 2e- = pbso4(s) + 2h2o(l) 正,阴极,还原 pbso4(s) + 2e- = pb(s) + so42-(a1) 阴极,还原 pbso4(s) + 2h2o(l) – 2e- = pbo2(s) + so42-(a1) + 4h+(a2) 阳极,氧化 电化学中规定,发生氧化反应的电极为阳极,发生还原反应的电极为阴极; 物理学中规定,电池的两级中电势高的电极为正极,电势低的为负极; 在电解池中,外电路的正极接电解池的阳极,外电路的负极接电解池的阴极。 第六章 新能源材料概述 第一类 第二类 第三类 3. 电极和电极电势 电极的分类 第六章 新能源材料概述 电极电势的产生-双电层理论 扩散双电层模型 电极与电解液界面间电势差的形成: 把任何一种金属,如铁片,插入水中,由于极性很大的水分子与构成晶格的铁离子相互吸引而发生水合作用,致使一部分铁离子与金属中其他铁离子间的键力减弱,甚至离开金属而进入铁片表面附近的水层中。金属因失去铁离子而带负电荷,溶液因铁离子的进入而带正电荷,同时溶液对金属离子有排斥作用,阻碍了金属离子的继续溶解。已溶解的铁离子能够继续沉积到金属表面,当溶解和沉积的速率相等时,达到动态平衡,即形成双电层(double electric layer)。 扩散层(diffused double layer) 紧密层(contact double layer) 如果规定e0为金属表面到溶液本体中的电势差, ec为紧密层电势, ζ为扩散层电势,则: e0 = ec + ζ 第六章 新能源材料概述 标准氢电极和甘汞电极 到目前为止,我们还不能从实验上测定或从理论上计算单一电极的电极电势,但能测得由两个电极所组成的电池总电动势。而在实际应用中,只要知道与任意一个选定的作为标准的电极相比较时的相对电动势就够了。 氢电极 甘汞电极 0.5h2[g, p(h2)] – e- = h+[a(h+)] hg2cl2(s) + 2e- = 2hg(l) + 2cl-(a) 第六章 新能源材料概述 标准电极电势 按照1953年iupac的规定,采用标准氢电极作为标准电极[φ(h+/h2)=0]。根据这个规定,任一电极的氢标准电势就是所给电极与同温下氢标准电极所组成电池的电动势。 上述原电池的电动势就是待测电极的电极电势(electrode potential),并以φ(待测电极)或e(待测电极)表示。 a) 电极电势的定义 φ(h+/h2)=0 φ(待测电极)=e 按照惯例,电极符号总是以φ(氧化态/还原态)的形式书写,即φ(高价态/低价态)。按此惯例,若待测电极上发生还原反应,则e(待测电极)为正值;若待测电极上发生氧化反应,则e(待测电极)为负值。 例如: φ(cu2+/cu) 第六章 新能源材料概述 b) 电极电势与氧化还原性的关系 电极电势越大,越容易得到电子,越容易被还原,氧化性越强; 电极电势越小,越容易失去电子,越容易被氧化,还原性越强。 根据上述原则,可以利用金属活泼性顺序表初步判断哪个电极做正极,哪个电极做负极。例如: pt(s) h2(pθ) h+(a=1) h+(a=1) h2(pθ) pt(s) cu2+ cu(s) hg2+ hg(l) ag+ ag(s) au3+ au(s) pb2+ pb(s) zn2+ zn(s) al3+ al(s) ca2+ ca(s) k+ k(s) φ(ox/red)

  0 (自发电池) φ(Ox/Red)=0 E增大 第六章 新能源材料概述 b) 标准电极电势 当待测电极中参加反应的各物质均处于各自的标准态时,待测电极的电极电势称为标准电极电势(standard electrode potential),用EΘ(待测电极)表示。 c) 电极电势与电池电动势 电池电动势与电极电势的关系:E = E右(+) – E左(-) 若E右

  E左,则E

  e 阴极极化使阴极电势降低 阳极极化使阳极电势升高 第六章 新能源材料概述 (2) 电化学极化:电化学反应本身的迟缓性引起的极化。 例:ag+ + e-  ag v反应 慢,阴极积累电子 e 电化学极化使阴极电势降低; 使阳极电势升高。 两种极化结果均使 阴极电势降低 阳极电势升高 第六章 新能源材料概述 阴极超电势 阴 = e阴,平 - e阴 (7.11.1a) 阳极超电势 阳 = e阳 - e阳,平 (7.11.1b) 极化曲线: (j ~ e 曲线) 测定极化曲线的方法 第六章 新能源材料概述 电解池: j ,e端,能耗 原电池: j ,e端 ,做电功 电解池与原电池极化的差别 第六章 新能源材料概述 §6.3 电化学储能材料简介 铅酸蓄电池 pb + pbso4 pbo2 + pbso4 h2so4 e- e- 负极(-) 阳极 正极(+) 阴极 pb + pbso4 pbo2 + pbso4 h2so4 e- e- 负极(-) 阴极 正极(+) 阳极 第六章 新能源材料概述 镍氢(ni-mh)电池 正极:ni(oh)2 + oh- niooh + h2o + e- 负极:m + h2o + e- mh + oh- 充电 放电 充电 放电 第六章 新能源材料概述 锂离子电池 以钴酸锂(licoo2)-石墨(c)电池为例 正极: licoo2 – xli – xe- li1-xcoo2 负极: c + xli+ + xe- lixc 充电 充电 放电 放电 第六章 新能源材料概述 液流电池 正极: vo2+ + h2o vo2+ + 2h+ + e- 负极:v3+ + e- v2+ 充电 放电 充电 放电

  GB T 32610-2016_日常防护型口罩技术规范_高清版_可检索.pdf

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