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1、新型电池材料与纳米技术,从能量转换的观点可将电化学过程分为两大类: 1)利用化学反应,产生电流,将化学能转变为电能:原电池; 2)用电流做功来推动化学反应,将电能转换成化学能:电解池。,原电池与电解池:,电位较高的电极是正极(positive electrode),电位较低的则是负极(negative)。 表面进行是氧化反应的电极叫做阳极(anode),表面发生还原反应的电极叫做阴极(cathode)。,根据电流的方向可知,原电池的负极向外电路给出电子,发生氧化反应,故为阳极;而正极要接受外电路中流过来的电子,发生还原反应,故为阴极。 在电解池中电流方向刚好相反,发生氧化反应的电极,电位较正,
2、为正极(阳极);而发生还原反应的电极,电位较负,为负极(阴极)。,1833年发现了法拉第定律,电化学理论获得了进一步的发展。 电流通过溶液时,在电极上发生变化的物质的量与所通过的电量成正比(M=KQ=KIt);,Michael Faraday (1791-1867),法拉第定律又叫电解定律,是电镀过程遵循的基本定律,至今仍然指导着电沉积技术,是电化学中最基本的定律。 法拉第第二定律:电解过程中,通过的电量相同,所析出或溶解出的不同物质的化学当量相同。即每电解1 mol的物质,所需用的电量都是1个“法拉第”(F),等于96500C(6.0210231.610-19C)。,进入新世纪以来,我国汽车
3、产业实现快速发展。2016年产销量突破2800万辆,已连续八年位居世界第一位。 尤其在新能源汽车领域,我国已成为最大的生产和销售市场。2016年,我国新能源汽车产销突破50万辆,累计推广超过100万辆,占全球50。 全球已经有多个国家启动了禁售燃油车的程序。自2015年起,以荷兰为首的一些欧洲国家就加入了“国际零排放车辆联盟”,承诺将在2050年以前让所售新车全部为新能源车型。随后,挪威、法国、德国、英国等国也先后公布了禁售燃油车的计划,禁售时间表普遍定在2025-2040年这一区间。 从现在到2025年将是汽车产业变革最为剧烈的几年,传统汽车节能减排要求越来越高,新能源汽车发展加快却对技术要
4、求越来越高,智能网联汽车将对整个产业带来巨大影响。,人类的生活水平不断提高,能耗也不断提高, 世界如此,中国更是如此。,中国和世界能源储量比较,传统能源对环境的污染,能源危机,环境污染,开发新型 清洁能源,新能源一般是指在新技术基础上加以开发利用的可再生能源,包括太阳能、生物质能、水能、风能、地热能、波浪能、洋流能和潮汐能、氢能等,而已经广泛利用的煤炭、石油、天然气等能源,称为常规能源。,特点: 资源丰富,普遍具备可再生特性; 能量密度低,开发利用需要较大空间; 不含碳或含碳量很少,对环境影响小。,风 能:,风能的转换效率低; 风速不稳定,产生的能量大小不稳定; 需要大量土地兴建风力发电场,才
5、可以生产比较多的能源; 风力发电机会发出庞大的噪音,只能在空旷的地方兴建。,太阳能:,尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量的22亿分之一,但已高达73,000 TW,也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500万吨煤。,原理: 太阳电池是一种对光有响应并能将光能转换成电能的器件。能产生光伏效应的材料有许多种,如:单晶硅,多晶硅, 非晶硅,CdTe,CuInGaSe2(CIGS)等。 它们的发电原理基本相同,以硅为例,P型晶体硅经过掺杂磷可得N型硅,形成P-N结。 当光线照射太阳电池表面时,一部分光子被硅材料吸收;光子的能量传递给了硅原子,使电子发生了跃迁,成为自由电子在P-N结
6、两侧集聚形成电位差,当外部接通电路时,在该电压的作用下,将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。这个过程的的实质是:光子能量转换成电能的过程。,晶体硅太阳能电池:设备成本相对较低,光电转换效率也高(实验室25%,产业化22.9%),在室外阳光下发电比较适宜,但消耗及电池片成本很高(厚度400 m);,薄膜太阳能电池:材料消耗较少(膜厚2m),弱光效应好,在普通灯光下也能发电,但相对设备成本较高,转换效率低(CuInGaSe,实验室20.3%,产业化16.5%)。,优点:普遍,无害,巨大,长久。 缺点: 不稳定性:到达某一地面的太阳辐照度既是间断的,又是极不稳定的,给太阳能的大规模应用增加了难度; 效率低和成本高:在今后相当一段时期内,太阳能利用的进一步发展,主要受到经济性的制约; 分散性:想要得到一定的转换功率,往往需要面积相当大的一套收集和转换设备,造价较高。,