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1、能量转换材料复习题1. 什么是热电效应？是由温差引起的电效应或由电流引起的可逆热效应。因此也称之为温差电效应。相应的材料称之为热电或温差电材料。2. 什么是Seebeck效应？当两种不同的导体a,b两端相接组成一闭合线路时，若两个接头A,B处具有不同的温度，则线路中便有电流，产生电流的电动势称为温差电动势，而这种效应则称为赛贝克效应。3. 什么是Peltier效应 ？珀尔贴（Peltier）效应，又称为第二热电效应，是指当电流通过A 、B两种金属组成的接触点时，除了因为电流流经电路而产生的焦耳热外，还会在接触点产生吸热或放热的效应，它是塞贝克效应的逆反应。4什么是Thomson效应？当存在着温
2、度梯度的均匀导体中有电流通过时，导体中除产生与导体电阻相当的焦耳热之外，还要吸收或放出热量，这一效应称为汤姆逊效应.5热电效应的主要参数是什么？thermopower(Q)的参数, Q=E/-dT(E为因电荷堆积产生的电场，dT则是温度梯度6 热电效应的主要应用有哪些？有何优缺点？热电制冷又称作温差电制冷，或半导体制冷，它是利用热电效应（帕尔帖效应）的一种制冷方法。热电制冷器的产冷量一般很小，所以不宜大规模和大制冷量使用。但由于它的灵活性强，简单方便冷热切换容易，非常适宜于微型制冷领域或有特殊要求的用冷场所。7. 什么是光伏效应？指光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的
3、现象。8. 太阳能的来源？太阳由80的氢和19的氦以及少量重金属组成，太阳能来自氢核之融合反应，受到吸收、散射、反射作用，直接抵达地表之太阳能仅存三分之一。9. 太阳能利用的优点和缺点？优点：储量的无限性；存在的普遍性；利用的清洁性；利用的经济性缺点：太阳能的能量密度低；而且它因地而异；因时而变10. 太阳能利用的主要途径有哪些？光热转换光-热-机-电转换；光电转换光伏转换；光化转换光-化学-电转换11. 主要的光伏电池材料有哪些？可做太阳电池材料的材料有单晶硅、多晶硅、非晶硅、GaAs、GaAlAs、InP、CdS、CdTe等。太阳能电池（光伏电池）主要有单晶硅、多晶硅、非晶硅三种。12.
4、太阳能电池的主要特性参数有哪些？短路电流Isc、开路电压Voc、填充因子FF、效率、输出功率Pm13. 什么是压电效应？某些电介质，当沿着一定方向对其施力而使它变形时，内部就产生极化现象，同时在它的两个表面上便产生符号相反的电荷，当外力去掉后，又重新恢复到不带电状态。14. 什么是正压电效应？当施力于压电材料上时，由于材料体积的变化，我们可以在材料的表面量测到有微小电荷的产生。施力的方向相反，所产生电荷极性的方向也相反。15. 什么是逆压电效应？当施加直流电压在压电材料的两端时，会造成材料形状的改变。而改变电压的极性，材料变形的方向也会随之改变。16. 压电材料的种类有哪些？17. 压电材料池
5、的主要特性参数有哪些？22. 何为化学电池？化学电池，是将化学能直接转换成直流电的装置。23. 为原电池、蓄电池和燃料电池？原电池又称一次电池，顾名思义只能使用一次，一旦活性物质耗尽，电池不可通过充电的方式使其恢复获得再使用;电解液不流动的电池称为“干电池”。蓄电池又称二次电池，可以通过充电使活性物质获得再生，这类电池可以多次重复使用。燃料电池，是一个电池本体与燃料箱组合而成的动力装置。燃料的选择性非常高，包括纯氢气、甲醇、乙醇、天然气，甚至于现在运用最广泛的汽油，都可以做为燃料电池燃料。这是目前其它所有动力来源无法做到的。 24简述一般化学电池的结构。电池都由电极、电解质、隔离层和外壳容器4
6、个基本部分组成。电极是电池的核心部分，由活性物质和导电骨架组成，活性物质是能够通过化学变化转变电能的物质，导电骨架主要起传导电荷,支撑活性物质的作用，电池内的电极又分正极和负极电解质：电流经闭合的回路作功，在电池外是电子导电完成，而在电池的内部靠导电离子的定向移动来完成，电解质溶液则是导电离子的载体，所以电解质的一般作用是完成电池放电时的离子导电过程。在有的电池系列中，电解质还参与电化学反应，如干电池中的氯化铵（NH4CI），铅酸电池中的硫酸（H2SO4）等。电解质一般是酸、盐的水溶液，当构成电池的开路电压大于时，水易被电解成氢气和氧气，故一般采用非水溶剂的电解质。很多电池系列的电解质有较强的
7、腐蚀作用，加上活性物质的强腐蚀作用，所以无论电池是否用过，消费者不要解剖电池。 隔膜：在电池内部，如果正负两极材料相接时，这时电池出现内部短路，其结果如同外部短路是一样的，电池所贮存的电也被消耗，所以说在电池内部也就需要一种材料或物质将正极和负极隔离开来，以防止两极在贮存和使用过程中被短路，这种起隔离正极和负极的材料被称做隔离物。隔离物大体可分三大类：板材，如铅酸电池用的微孔橡胶隔板和塑料板；膜材，如浆层纸、无纺布、玻璃纤维等；胶状物，如浆糊层、硅胶体等。 外壳容器：电池的壳体是贮存电池其它组成部分（如电极、电解质、隔离物等）的容器，起到保护和容纳其它部分的作用，所以一般要求壳体有足够的机械性
8、能，保证壳体不影响到电池其它部分的性能，以要求壳体有足够的化学稳定性。为防止电池内外的相互影响，通常将电池进行密封，所以还要求壳体便于密封。对于锌锰干电池负极锌筒既是负极活性材料，又是壳体，这要求它有相应的厚度。 25. 简述原电池的种类。1.锌-碳电池(又称酸性干电池)2.碱性电池3.氧化银电池(俗称银电池)4.锂电池(又称锂-碘电池) 26. 简述锌碳电池和碱性锌电池的异同。锌碳电池：电池采用糊化的面淀粉作隔离层,活性较低的天然二氧化锰作正极活性物质,氯化铵和氯化锌的水溶液作电解质溶液,电池放电性能和低温性能较差,容量较低,是锌锰电池中档次最低的产品,通常在产品的型号后用“S”(意为普通电
9、池)表示,该产品的价格也较低廉。 糊式电池只适宜用于小电流间歇放电的用电器具,应注意根据用电器的特点配置电池;不要让儿童接触电池;正负极不能接反,不得短路、解剖、加热和充电;新旧电池和不同牌号的电池不得混用;电器长期不使用时,应从中取出电池;应保存在阴凉干燥处,注意按生产先后顺序周转。间歇使用可延长电池寿命。商品化的碱性锌一二氧化锰电池(简称碱性锌锰电池)是20世纪中期在锌锰电池基础上发展起来的，它是锌锰电池的改进型。电池使用氢氧化钾和(或)氢氧化钠的水溶液作电解液;采用与锌锰电池相反的结构一反极结构，负极在内，为膏状胶体，用铜钉作集流体，正极在外，活性物质和导电材料压成环状，与电池外壳连接;
10、正负极间用专用隔膜隔开。电解质和电池结构的改变，大大改善了电池的放电性能，容量比普通锌锰电池提高数倍，特别适用于大电流和连续放电的场合。目前该产品已是民用电池的主导产品之一，也是最具发展前途的民用电池，碱性锌锰电池优异的性能价格比，将有望逐步淘汰普通锌锰电池，成为民用电池的升级换代产品。 碱性锌锰电池分为一次碱性锌锰电池(通常称为碱锰电池或碱性电池)和可充碱性锌锰电池。该电池也可根据用电器具的需要制成圆柱形或钮扣形。20世纪90年代初，碱性锌锰电池无汞化技术的突破和可充电的实现，使该产品的竞争力进一步加强:27. 简述一次和二次锂离子电池的异同。一次电池只能放电一次，二次电池可反复充放电循环使
11、用，可充电电池在放电时电极体积和结构之间发生可逆变化，因此设计时必须调节这些变化，而一次电池内部则简单得多，因为它不需要调节这些可逆性变化，一次电池的质量比容量和体积比容量均大于一般充电电池，但内阻远比二次电池大，因此负载能力较低，另外，一次电池的自放电远小于二次电池 28. 何为燃料电池？ 这种电池是把外界(H2、CO、甲醇等)燃料和空气不断输入,直接氧化,使化学能转换为电能.由于燃料电池的能量转换率高于其他方法,反应生成水,不排出有害物质、噪音低等优点,人们把它作为面向二十一世纪的“绿色”发电站,仍处在不断研究和发展之中。29. 简述燃料电池的种类。30. 简述燃料电池的优、缺点。 燃料电
12、池有以下优点:不受热机效率的限制,能量转换效率高,理论发电效率可达100%。若以氢气为燃料,熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)实际效率可达58。4%。通过热电联产或联合循环综合利用热能,燃料电池的综合热效率可望够达到80%以上。而且其发电效率与规模基本无关,小型设备也能得到高效率。无污染,噪音低,满足环保要求。处于热备用状态,燃料电池随负荷变化的能力非常强,可以在1s内跟随50%的负荷变化。电池的贮能能力不取决于电池本身的大小,只要不断供给燃料,它就能连续地产生电能。灵活性大,可以做成模块式标准组件按用户要求,组装成不同要求的发电装置,小到一家一户的供电取暖,大到分布式,电站与外电网并网发电可使用
13、的燃料范围广。以燃料重整器和燃料电池、电堆构成的燃料电池电站可使用气态化石燃料(天然气,LPG等)、液态化石燃料(柴油,甲醇,DME,GTL等)、以及来自各种生物质能的沼气,垃圾气化气,乙醇等。燃烧电池有以下缺点：（1）成本高、价格昂贵。（2）高温时寿命及稳定性不理想。（3）燃料电池技术不够普及。（4）没有完善的燃料电池供应体系。31. 简述燃料电池的工作原理。 燃料电池通过燃料和氧化剂的电化学反应产生电能及副热能。FC主要是由燃料电极(负极) ,氧化剂电极(正极)以及电解质构成。电解质用来隔开两电极,燃料和氧化剂分别从燃料电极和氧化剂电极进入电池内部。电池工作时,燃料在阳极(负极)处发生氧化
14、反应,氧化剂在阴极(正极)处发生还原反应,因此在外电路产生电位差,引起电子在外电路流动,形成低压直流电。电池内部电荷载体的传导借助电解质完成,同时还产生水和二氧化碳。如果连续供给燃料,电池就可连续发电。图1是燃料电池工作原理示意图。32. 简述质子交换膜燃料电池的组成、结构和工作原理。 质子交换膜型燃料电池的电解质一般为全氟磺酸膜，以氢气或净化重整气为燃料，氧气或空气为氧化剂。质子交换膜燃料电池以全氟磺酸型固体聚合物为电解质，铂/碳或铂-铑/碳为电催化剂，氢或净化重整气为燃料，空气或纯氧为氧化剂，带有气体流通通道的石墨或表面改性的金属板为双极板，阳极和阴极分别位于质子交换膜的两侧。图9为质子交
15、换膜燃料电池工作原理示意图。33. 简述磷酸燃料电池的组成、结构和工作原理。 PAFC是发展较为成熟的民用技术。它用氢气(CO含量 01% )为燃料,空气作氧化剂,电解质由磷酸溶液和电解质基体(碳纤维、碳化硅纤维等)组成,电极则由催化剂(铂系金属)及载体(碳黑)组成。PAFC工作温度为200左右,发电效率仅为3543% ,余热利用价值低,而且它启动时间长,不适于作移动动力源。近来对它的研究逐渐减少,但是如能批量生产而降低其售价,还是有一定的发展空间的.34. 简述质子结合膜燃料电池的组成、结构和工作原理。 质子交换膜由高分子母体和离子交换基团构成，早期使用的C-H链高聚物，由于不能经受强烈的化学及电化学氧化和腐蚀，己被C-F链的全氟高聚物，即全氟黄酸膜取代，全氟黄酸膜主要包括以下几种类型美国杜邦公司研制出的全氟磺酸型膜Nafion系列产品；美国Dow Chemical公司研制出的Dow膜；日本Asahi公司的Aciplex膜；日本Asahi G lass公司的Flemion膜；日本氯工程公司的C膜；加拿大巴拉德公司最新研制成功的BAM型膜等 。其中最为流行的是美国杜邦公司研制出的全氟磺酸型膜系列产品和美国Dow Chemicl公司研制出的Dow膜。燃料电池对膜有特殊要求：用作PEM的材料应当具有良好的导电性，较好的化学、电化学稳定性和热稳定性，以及足够高的机械强度，另外还要考虑
