电池基础知识电池基础知识镍氢电池镍氢电池密封镍氢电池内部压力高达4MPa 电池基础知识电池基础知识n n镍氢电池现主要应用于混合电动车镍氢电池现主要应用于混合电动车n nHEVHEV市场占市场占56%56%，零售市场（包括遥控车、玩具、，零售市场（包括遥控车、玩具、家用电器、数码摄像机）占家用电器、数码摄像机）占24%24%，无绳占，无绳占11%11%，其他市场为，其他市场为9%9%n n 世界镍氢电池主要由中国和日本企业生产，占全世界镍氢电池主要由中国和日本企业生产，占全球产量的球产量的95%95%以上n n全球镍氢电池全球镍氢电池70%70%以上在中国生产，中国镍氢电以上在中国生产，中国镍氢电池企业主要包括超霸、豪鹏、比亚迪、环宇、科池企业主要包括超霸、豪鹏、比亚迪、环宇、科力远、力可兴、三普、迪生、三捷、量能、格瑞力远、力可兴、三普、迪生、三捷、量能、格瑞普等日本企业松下、汤浅、三洋已将小型镍氢普等日本企业松下、汤浅、三洋已将小型镍氢电池生产转移到中国电池生产转移到中国 电池基础知识电池基础知识镍氢电池由氢氧化镍正极，储氢合金负极，隔膜纸，电解液，钢壳，顶盖，密封圈等组成在圆柱形电池中，正负极用隔膜纸分开卷绕在一起，然后密封在钢壳中的。
在方形电池中，正负极由隔膜纸分开后叠成层状密封在钢壳中 电池基础知识电池基础知识镍氢电池是以氢氧化镍作为正极，储氢合金作为负极，氢氧化钾溶液做电解液 电池基础知识电池基础知识储氢合金材料AB5: LiNi5, MnNi5, CaNi5, AB2: ZrMn2, TiCr2, ZrV2, ZrMn2, AB: TiFe,TiCo, TiNi A2B: Mg2Ni, Mg2Cu 储氢合金的共同特点是在低温低压下能够可逆地吸收、释放氢 电池基础知识电池基础知识工作原理工作原理n n其正极为氧化镍，负极为氢电极它的工作状态可以划分为3种：正常工作状态、过充电状态和过放电状态在不同工作状态下，电池内部发生的电化学反应是不同的 电池基础知识电池基础知识 电池基础知识电池基础知识镍氢电池设计时，容量实际上是由正极限制的，负极容量设计过剩，以保证过充电时候，正极产生的氧气可以到负极反应，电池的内压不会有明显升高 电池基础知识电池基础知识镍氢电池的优、缺点镍氢电池的优、缺点n n它的初始成本较高，电池自放电速度较大，以及有爆炸的可能性n n这种电池的突出优点是寿命长，1977年起在地球同步轨道条件下工作寿命超过10年。
此外，它承受过充电和过放电的能力很强 电池基础知识电池基础知识镍氢电池的应用前景镍氢电池的应用前景n n镍氢电池的前景十分镍氢电池的前景十分乐观，随着研究工作乐观，随着研究工作的进展，最终将在航的进展，最终将在航天领域内取代天领域内取代镉镍镉镍电电池池n n电动车？电动车？ 电池基础知识电池基础知识长期不用的电池保存和恢复方法镍镉电池和镍氢电池特性不同，保存方法不同镍镉电池应将电用完保存，所以一般新镍镉电池是基本没有电的，需要自己来充采用正确的充电方法，大概需要充放3－5次才能将电池恢复到最佳状态镍氢电池要长期保存前，应该充电到80％左右保存因此新的镍氢电池有一些电，因为厂家已经预充电，防止运输周转时间太长，而电池没电受到影响长期保存的镍氢电池用的时候，先将余电用完，再用正确方法充放2－3次就可以恢复到最佳状态 电池基础知识电池基础知识锌-空气电池 电池基础知识电池基础知识原理原理 锌空气电池是一种金属－空气电池，以电极电位锌空气电池是一种金属－空气电池，以电极电位较负的金属锌作负极，空气中的氧或纯氧作正极活较负的金属锌作负极，空气中的氧或纯氧作正极活性物质，中性或者碱性的电解质水溶液作为电解液。
性物质，中性或者碱性的电解质水溶液作为电解液 碱性锌碱性锌- -空气电池可以表达为：空气电池可以表达为：（（– –））Zn|KOH|OZn|KOH|O2 2( (空气空气) )（（+ +））该类型电池的反应原理为：该类型电池的反应原理为： 阳极（锌负极）反应：阳极（锌负极）反应：Zn Zn 2e = Zn 2e = Zn2+2+ 阴极（空气电极）反应：阴极（空气电极）反应：1/2O1/2O2 2 + H + H2 2O + 2e = 2OHO + 2e = 2OH- -总的电池反应：Zn + 1/2O2 = ZnO 电池基础知识电池基础知识 氧在空气电极中进行还原时，首先要通过溶解进氧在空气电极中进行还原时，首先要通过溶解进入电解液，在液相中扩散到电极表面后进行化学吸入电解液，在液相中扩散到电极表面后进行化学吸附，最后再进行电化学的还原反应这个过程可以附，最后再进行电化学的还原反应这个过程可以简要地表示为：简要地表示为：O O2 2 O O2 2溶溶 O O2 2扩扩 O O2 2吸吸 OHOH－－ 实验中空气电极采用的是疏水透气结构。
实验中空气电极采用的是疏水透气结构 该该电电极极由由防防水水透透气气层层和和多多孔孔催催化化层层加加集集流流导导电电网网组成 溶解扩散化学吸附电化学还原 电池基础知识电池基础知识电池在设计时应遵循以下原则电池在设计时应遵循以下原则 1、电流密度分布均匀 2、合适的工作电极面积 3、合适的电解液体积 4、电池结构简单，操作方便 电池基础知识电池基础知识用电子天平精确称量配比一定的二氧化锰、活性炭、胶体石墨1、催化层的制备：电池制备 电池基础知识电池基础知识n n 将称量好的混合物放入烧杯中，加无水乙醇将称量好的混合物放入烧杯中，加无水乙醇进行分散，在进行分散，在60℃60℃水浴中加热，边搅拌边添加水浴中加热，边搅拌边添加PTFEPTFE乳液，加热至混合物成稀面团状乳液，加热至混合物成稀面团状 恒温水域锅 电池基础知识电池基础知识对辊机对辊机取出稀面团，在对辊机上反复对辊10次左右，使PTFE逐渐纤维化直至成为柔软而有韧性的薄膜 电池基础知识电池基础知识2 2、防水层的制备：、防水层的制备： 将配比一定的聚四氟乙烯（将配比一定的聚四氟乙烯（PTFEPTFE））和无和无水硫酸钠混合，制备工艺与催化层的制备类似，水硫酸钠混合，制备工艺与催化层的制备类似，制得防水层。
将制得的防水层放入蒸馏水中，制得防水层将制得的防水层放入蒸馏水中，在在70 70 ℃℃时反复清洗三次，以除去无水硫酸钠时反复清洗三次，以除去无水硫酸钠 电池基础知识电池基础知识滤纸塑料薄膜防水层导电网催化层下压头上压头空气电极成型过程图3、将制备好的催化层切下放在镍网上，另一侧放防水层，外边包上滤纸（防止催化层或防水膜粘在压片机上），在一定压力下冷压，即制成空气电极其形状、排列方式及成型过程如图所示 电池基础知识电池基础知识压片机压片机 电池基础知识电池基础知识 简易的锌－空简易的锌－空 气电池模型气电池模型将制备出的空气电极和锌片及KOH电解液组成锌－空气电池 电池基础知识电池基础知识将制备出的锌－空气电池，进行放电实验 电池基础知识电池基础知识超级电容器 电池基础知识电池基础知识超级电容器应用背景n n优良的脉冲充放性能优良的脉冲充放性能优良的脉冲充放性能优良的脉冲充放性能n n大容量储能性能大容量储能性能大容量储能性能大容量储能性能n n比能量大于比能量大于比能量大于比能量大于2.5Wh/kg2.5Wh/kgn n比功率大于比功率大于比功率大于比功率大于500W/kg500W/kgn n循环寿命长（循环寿命长（循环寿命长（循环寿命长（>10>105 5次）次）次）次）n n环境适应性强环境适应性强环境适应性强环境适应性强n n无记忆效应无记忆效应无记忆效应无记忆效应n n免维护免维护免维护免维护n n对环境无污染对环境无污染对环境无污染对环境无污染n n高功率军事装备的激发器高功率军事装备的激发器高功率军事装备的激发器高功率军事装备的激发器n n军用坦克、卡车瞬间启动军用坦克、卡车瞬间启动军用坦克、卡车瞬间启动军用坦克、卡车瞬间启动n n数据记忆存储系统数据记忆存储系统数据记忆存储系统数据记忆存储系统n n系统主板备用电源系统主板备用电源系统主板备用电源系统主板备用电源n n电动玩具车主电源电动玩具车主电源电动玩具车主电源电动玩具车主电源n n太阳能电池辅助电池太阳能电池辅助电池太阳能电池辅助电池太阳能电池辅助电池n n通讯设施、计算机备用电源通讯设施、计算机备用电源通讯设施、计算机备用电源通讯设施、计算机备用电源n n电动汽车电源电动汽车电源电动汽车电源电动汽车电源 电池基础知识电池基础知识能量存储装置比较元器件元器件比能量比能量Wh/kg比功率比功率W/kg充放电次数充放电次数普通电容器普通电容器<0.2104~106>106超级电容器超级电容器0.2~20.0102~104>105充电电池充电电池20~200<500<104 电池基础知识电池基础知识超级电容器以及电极材料分类n n双电层电容器（双电层电容器（双电层电容器（双电层电容器（EDLCEDLC））））n n法拉第准电容器法拉第准电容器法拉第准电容器法拉第准电容器n n混合类型电容器混合类型电容器混合类型电容器混合类型电容器ØØ碳素材料：成功商业化，性价比高。
碳素材料：成功商业化，性价比高碳素材料：成功商业化，性价比高碳素材料：成功商业化，性价比高ØØ金属氧化物材料：金属氧化物材料：金属氧化物材料：金属氧化物材料：RuORuO2 2为主，为主，为主，为主，导电性好，比导电性好，比导电性好，比导电性好，比容量大，循环寿命长，价格高，污染容量大，循环寿命长，价格高，污染容量大，循环寿命长，价格高，污染容量大，循环寿命长，价格高，污染ØØ导电聚合物材料：工作电压高但电阻大导电聚合物材料：工作电压高但电阻大导电聚合物材料：工作电压高但电阻大导电聚合物材料：工作电压高但电阻大 ØØ杂多酸：杂多酸：杂多酸：杂多酸：具有固体电解质的优点，使用方便具有固体电解质的优点，使用方便具有固体电解质的优点，使用方便具有固体电解质的优点，使用方便 电池基础知识电池基础知识碳基超级电容器(EDLC)原理 电池基础知识电池基础知识多孔碳、活性碳n n理论比容量理论比容量理论比容量理论比容量: :若比表面积为若比表面积为若比表面积为若比表面积为1000m1000m1000m1000m2 2 2 2/g/g/g/g，，，，则电容器比则电容器比则电容器比则电容器比容量为容量为容量为容量为250F/g250F/g250F/g250F/g。
n n活性碳活性碳活性碳活性碳：：：：通通通通过过活化活化活化活化处处理后，微孔数量增加，比表理后，微孔数量增加，比表理后，微孔数量增加，比表理后，微孔数量增加，比表面面面面积积增大增大增大增大 n n3000m3000m3000m3000m2 2 2 2/g/g/g/g的活性碳，的活性碳，的活性碳，的活性碳，实际实际表面表面表面表面利用率利用率利用率利用率仅为仅为10101010％左％左％左％左右右右右Anon:2000mAnon:2000mAnon:2000mAnon:2000m2 2 2 2/g/g/g/g，，，，水系水系水系水系280F280F280F280F/ / / /g g g g，，，，非水系非水系非水系非水系120F/g120F/g120F/g120F/gn n微孔微孔微孔微孔60606060～～～～70707070％，中孔和大孔％，中孔和大孔％，中孔和大孔％，中孔和大孔20202020～～～～30303030％％％％n n＜＜＜＜2nm2nm2nm2nm的微孔是不能形成双的微孔是不能形成双的微孔是不能形成双的微孔是不能形成双电层电层 电池基础知识电池基础知识活性碳纤维n n基体材料是基体材料是基体材料是基体材料是沥沥青和聚合物材料：人造青和聚合物材料：人造青和聚合物材料：人造青和聚合物材料：人造纤维纤维、酚、酚、酚、酚醛树醛树脂、聚丙脂、聚丙脂、聚丙脂、聚丙烯烯腈。
腈n n比容量为比容量为比容量为比容量为280F/g280F/g280F/g280F/g，，，，比功率大于比功率大于比功率大于比功率大于500W/kg500W/kg500W/kg500W/kg n n平均细孔孔径为平均细孔孔径为平均细孔孔径为平均细孔孔径为2 2 2 2～～～～5nm5nm5nm5nm，，，，细孔容积细孔容积细孔容积细孔容积0 0 0 0．．．．3 3 3 3～～～～1 1 1 1．．．．5ml/g5ml/g5ml/g5ml/g，，，，比表面积达比表面积达比表面积达比表面积达1500150015001500～～～～3000m3000m3000m3000m2 2 2 2/g/g/g/gn n松下电器：导电性能优良的酚醛活性碳纤维松下电器：导电性能优良的酚醛活性碳纤维松下电器：导电性能优良的酚醛活性碳纤维松下电器：导电性能优良的酚醛活性碳纤维n nHiroyukiHiroyuki等采用热压成型法制备的高密度活性碳纤维，等采用热压成型法制备的高密度活性碳纤维，等采用热压成型法制备的高密度活性碳纤维，等采用热压成型法制备的高密度活性碳纤维，其密度为其密度为其密度为其密度为0.20.2～～～～0.8g/cm0.8g/cm3 3，，，，这种材料的电子导电性远高这种材料的电子导电性远高这种材料的电子导电性远高这种材料的电子导电性远高于活性碳粉末电极，双电层电容器的电容值随高密于活性碳粉末电极，双电层电容器的电容值随高密于活性碳粉末电极，双电层电容器的电容值随高密于活性碳粉末电极，双电层电容器的电容值随高密度活性碳纤维密度的提高而增大度活性碳纤维密度的提高而增大度活性碳纤维密度的提高而增大度活性碳纤维密度的提高而增大。
电池基础知识电池基础知识碳凝胶材料性能n n质轻、大比表面积、质轻、大比表面积、中孔发达、导电性良好中孔发达、导电性良好、、电化学性能稳定的纳米级的中孔碳材料电化学性能稳定的纳米级的中孔碳材料n n孔隙率达孔隙率达8080％～％～9090％，％，孔径孔径3 3～～20nm20nm，比表，比表面面积400400～～11001100m m2 2/g/g，密度范，密度范围0.030.03～～0.8g/cm0.8g/cm3 3，，电导率率1010～～25S/cm25S/cm n n克服使用活性碳粉末和纤维作电极时存在的克服使用活性碳粉末和纤维作电极时存在的内部接触电阻大，含有大量不能被电解液浸内部接触电阻大，含有大量不能被电解液浸入的微孔，比表面积得不到充分利用的问题，入的微孔，比表面积得不到充分利用的问题，是制备高比能量、高比功率电化学电容器的是制备高比能量、高比功率电化学电容器的理想电极材料理想电极材料 电池基础知识电池基础知识碳凝胶制备n n有机凝胶的形成：得到空间网络状结构的凝胶有机凝胶的形成：得到空间网络状结构的凝胶有机凝胶的形成：得到空间网络状结构的凝胶有机凝胶的形成：得到空间网络状结构的凝胶n n超临界干燥：不破坏凝胶结构而把空隙内溶剂脱除超临界干燥：不破坏凝胶结构而把空隙内溶剂脱除超临界干燥：不破坏凝胶结构而把空隙内溶剂脱除超临界干燥：不破坏凝胶结构而把空隙内溶剂脱除n n碳化过程：脱去挥发分又不破坏凝胶结构碳化过程：脱去挥发分又不破坏凝胶结构碳化过程：脱去挥发分又不破坏凝胶结构碳化过程：脱去挥发分又不破坏凝胶结构n n美国的美国的美国的美国的R.W. R.W. PelakaPelaka：：：：n n间苯二酚（间苯二酚（间苯二酚（间苯二酚（R R））））和甲醛（和甲醛（和甲醛（和甲醛（F F）））） RFRF凝胶凝胶凝胶凝胶，成本高，成本高，成本高，成本高 n n密胺（密胺（密胺（密胺（MM））））和甲醛（和甲醛（和甲醛（和甲醛（F F）））） MFMF凝胶凝胶凝胶凝胶，密度大，比，密度大，比，密度大，比，密度大，比表面积未降低表面积未降低表面积未降低表面积未降低 n n热塑性酚醛树脂（热塑性酚醛树脂（热塑性酚醛树脂（热塑性酚醛树脂（P P））））和糠醛（和糠醛（和糠醛（和糠醛（F F）））） PFPF凝胶凝胶凝胶凝胶 ，，，，成成成成本低，周期短本低，周期短本低，周期短本低，周期短 电池基础知识电池基础知识碳纳米管材料特点特点n n碳纳米管材料的优越性：比表面积大、微孔集中在一碳纳米管材料的优越性：比表面积大、微孔集中在一碳纳米管材料的优越性：比表面积大、微孔集中在一碳纳米管材料的优越性：比表面积大、微孔集中在一定范围内定范围内定范围内定范围内( ( ( (2 2～～～～5nm5nm) ) ) )，应，应，应，应具有比活性具有比活性具有比活性具有比活性碳碳碳碳电电极高得多的比极高得多的比极高得多的比极高得多的比表面利用率。
表面利用率表面利用率表面利用率n nNiuNiuNiuNiu报报道其基于碳道其基于碳道其基于碳道其基于碳纳纳米管薄膜米管薄膜米管薄膜米管薄膜电电极的比表面极的比表面极的比表面极的比表面积为积为430m430m430m430m2 2 2 2/g/g/g/g时时，比容量可达，比容量可达，比容量可达，比容量可达40F/g40F/g40F/g40F/g，，，，碳碳碳碳纳纳米管米管米管米管电电极的极的极的极的电电容容容容量达到理量达到理量达到理量达到理论论双双双双电层电电层电容量的容量的容量的容量的57575757％n n中空中空中空中空结结构如能使构如能使构如能使构如能使电电解解解解质质溶液浸溶液浸溶液浸溶液浸润润碳碳碳碳纳纳米管内腔，米管内腔，米管内腔，米管内腔，电电容量将明容量将明容量将明容量将明显显提高n n最高容量可达最高容量可达最高容量可达最高容量可达l13F/g(0.001Hz)l13F/g(0.001Hz)l13F/g(0.001Hz)l13F/g(0.001Hz)，，，，在在在在0.1Hz0.1Hz0.1Hz0.1Hz时时，其容量，其容量，其容量，其容量可达可达可达可达108F/g108F/g108F/g108F/g，，，，在在在在100Hz100Hz100Hz100Hz时还时还有有有有49F/g49F/g49F/g49F/g，，，，这这个个个个转变频转变频率率率率远远远远高于活性炭的高于活性炭的高于活性炭的高于活性炭的1Hz1Hz1Hz1Hz。
体体体体现现了相了相了相了相对对高高高高频频放放放放电电的的的的优优点，点，点，点，这这同同同同样样也也也也预预示着由碳示着由碳示着由碳示着由碳纳纳米管米管米管米管为电为电极材料做的极材料做的极材料做的极材料做的电电容器具有容器具有容器具有容器具有高的能量密度，而高的能量密度，而高的能量密度，而高的能量密度，而实验结实验结果也确果也确果也确果也确实证实证明它具有＞明它具有＞明它具有＞明它具有＞8kW/kg8kW/kg8kW/kg8kW/kg的能量密度的能量密度的能量密度的能量密度 电池基础知识电池基础知识碳纳米管改性n n利用剩余的利用剩余的利用剩余的利用剩余的SPSPSPSP3 3 3 3杂化轨道引入官能团，产生杂化轨道引入官能团，产生杂化轨道引入官能团，产生杂化轨道引入官能团，产生法拉第准电法拉第准电法拉第准电法拉第准电容容容容E.FrackowiakE.FrackowiakE.FrackowiakE.Frackowiak证实证实表面官能表面官能表面官能表面官能团团参与氧化参与氧化参与氧化参与氧化还还原反原反原反原反应应故故故故会形成准会形成准会形成准会形成准电电容，比容，比容，比容，比电电容从容从容从容从80F/g80F/g80F/g80F/g增至增至增至增至137F/g137F/g137F/g137F/g。
n nE E E E．．．．FrackowiakFrackowiakFrackowiakFrackowiak: : : :掺金属锂掺金属锂掺金属锂掺金属锂的碳纳米管电极在的碳纳米管电极在的碳纳米管电极在的碳纳米管电极在LiClOLiClOLiClOLiClO4 4 4 4电解电解电解电解液中在液中在液中在液中在1 1 1 1．．．．5 5 5 5～～～～3V3V3V3V之间充放电时，表现出良好且独特的之间充放电时，表现出良好且独特的之间充放电时，表现出良好且独特的之间充放电时，表现出良好且独特的高高高高压下的双电层电容效应压下的双电层电容效应压下的双电层电容效应压下的双电层电容效应，容量可达，容量可达，容量可达，容量可达30F/g(30F/g(30F/g(30F/g(非水电解液非水电解液非水电解液非水电解液) ) ) )n nK.JurewiczK.JurewiczK.JurewiczK.Jurewicz在碳在碳在碳在碳纳纳米管上米管上米管上米管上包覆包覆包覆包覆导电聚合物导电聚合物导电聚合物导电聚合物吡咯吡咯吡咯吡咯，，，，利用吡利用吡利用吡利用吡咯良好的咯良好的咯良好的咯良好的导电导电性和碳性和碳性和碳性和碳纳纳米管的开口、中孔网米管的开口、中孔网米管的开口、中孔网米管的开口、中孔网络络以及以及以及以及优优异异异异的离子的离子的离子的离子导电导电性性性性，，，，设计设计一种复合物一种复合物一种复合物一种复合物电电极材料用于超极材料用于超极材料用于超极材料用于超级电级电容容容容器器器器。
在在在在纯纯碳碳碳碳纳纳米管米管米管米管电电极的极的极的极的电电容量容量容量容量为为50F/g50F/g情况下，情况下，情况下，情况下，这这种种种种复合复合复合复合电电极的极的极的极的电电容量可达容量可达容量可达容量可达163F/g163F/gn n掺杂掺杂75757575％的％的％的％的Ru0Ru0Ru0Ru02 2 2 2·xH·xH·xH·xH2 2 2 20 0 0 0时时，，，，电电容器的比容量可达容器的比容量可达容器的比容量可达容器的比容量可达107F/cm107F/cm107F/cm107F/cm3 3 3 3，，，，即即即即600F600F600F600F/ / / /g g g g 电池基础知识电池基础知识孔径分布对性能影响n nDenyangDenyangDenyangDenyang QuQuQuQu研研研研究究究究结结结结果果果果表表表表明明明明，，，，孔孔孔孔径径径径越越越越大大大大，，，，电电电电化化化化学学学学吸吸吸吸附附附附速速速速度度度度越快n nGambyGamby J J采采采采用用用用中中中中孔孔孔孔孔孔孔孔容容容容和和和和总总总总孔孔孔孔容容容容比比比比为为为为4141％％％％的的的的粉粉粉粉末末末末活活活活性性性性碳碳碳碳获得获得获得获得80F80F/ /g g的单电极比容。
的单电极比容的单电极比容的单电极比容n nSoshiSoshi ShiraishiShiraishi 制制制制备备备备了了了了中中中中孔孔孔孔活活活活性性性性炭炭炭炭纤纤纤纤维维维维比比比比容容容容明明明明显显显显大大大大于于于于普普普普通活性炭纤维通活性炭纤维通活性炭纤维通活性炭纤维n nLee Lee JinwooJinwoo等等等等平平平平均均均均孔孔孔孔径径径径为为为为2.3nm2.3nm的的的的中中中中孔孔孔孔碳碳碳碳，，，，制制制制成成成成电电电电容容容容器器器器的能量密度和功率密度特性都明显优于分子筛碳的能量密度和功率密度特性都明显优于分子筛碳的能量密度和功率密度特性都明显优于分子筛碳的能量密度和功率密度特性都明显优于分子筛碳n n另另另另外外外外，，，，具具具具有有有有更更更更多多多多2nm2nm2nm2nm以以以以上上上上孔孔孔孔径径径径的的的的碳碳碳碳电电电电极极极极其其其其低低低低温温温温容容容容量量量量减减减减小小小小得更慢得更慢得更慢得更慢 n n中中中中孔孔孔孔碳碳碳碳材材材材料料料料制制制制备备备备方方方方法法法法主主主主要要要要有有有有：：：：催催催催化化化化活活活活化化化化法法法法，，，，混混混混合合合合聚聚聚聚合合合合物物物物碳化法，模板碳化法。
碳化法，模板碳化法碳化法，模板碳化法碳化法，模板碳化法 电池基础知识电池基础知识表面特性对性能影响n nA A A A．．．．YoshidaYoshidaYoshidaYoshida等研究结果表明，随着等研究结果表明，随着等研究结果表明，随着等研究结果表明，随着ACFACFACFACF表面含氧官表面含氧官表面含氧官表面含氧官能团含量的增加，电容器的表观漏电流增加能团含量的增加，电容器的表观漏电流增加能团含量的增加，电容器的表观漏电流增加能团含量的增加，电容器的表观漏电流增加K K K K．．．．HiratsukaHiratsukaHiratsukaHiratsuka等研究等研究等研究等研究发现发现碳碳碳碳电电极表面氧含量越多的，极表面氧含量越多的，极表面氧含量越多的，极表面氧含量越多的，容量降低也越多容量降低也越多容量降低也越多容量降低也越多n nX.LiuX.LiuX.LiuX.Liu在研究发现，经过电化学氧化处理后碳电极在研究发现，经过电化学氧化处理后碳电极在研究发现，经过电化学氧化处理后碳电极在研究发现，经过电化学氧化处理后碳电极容量从容量从容量从容量从135F/g135F/g135F/g135F/g增加到增加到增加到增加到171F/g171F/g171F/g171F/g，，，，氧化处理后进行还氧化处理后进行还氧化处理后进行还氧化处理后进行还原处理，容量增加更明显，增加到原处理，容量增加更明显，增加到原处理，容量增加更明显，增加到原处理，容量增加更明显，增加到215F/g215F/g215F/g215F/g。
认为认为主要是由于碳材料氧化后表面含氧官能团含量增主要是由于碳材料氧化后表面含氧官能团含量增主要是由于碳材料氧化后表面含氧官能团含量增主要是由于碳材料氧化后表面含氧官能团含量增加而引起的加而引起的加而引起的加而引起的n n从制从制从制从制备备高容量、耐高高容量、耐高高容量、耐高高容量、耐高压压、、、、稳稳定性好的定性好的定性好的定性好的电电容器角度容器角度容器角度容器角度出出出出发发，希望活性，希望活性，希望活性，希望活性碳碳碳碳材料表面的官能材料表面的官能材料表面的官能材料表面的官能团团有一个合适有一个合适有一个合适有一个合适的比例 电池基础知识电池基础知识展望n n比表面积与孔分布：向着提高有效比表面比表面积与孔分布：向着提高有效比表面积和可控微孔孔径的方向发展积和可控微孔孔径的方向发展n n表面性能、比容量与稳定性：表面官能表面性能、比容量与稳定性：表面官能有有一个合适的比例一个合适的比例；；须开发新的活性碳原料、须开发新的活性碳原料、活化技术活化技术n n比表面积与内阻：从材料本身结构出发比表面积与内阻：从材料本身结构出发 电池基础知识电池基础知识太阳能电池 电池基础知识电池基础知识主要内容n n太阳能电池的发展历史太阳能电池的发展历史 n n太阳能电池定义和分类太阳能电池定义和分类n n太阳能电池的结构及工作原理太阳能电池的结构及工作原理n n太阳能电池的生产工艺太阳能电池的生产工艺n n太阳能电池的应用太阳能电池的应用 电池基础知识电池基础知识太阳能电池的发展历史 1954195419541954年年年年世界第一块实用化太阳能电池在美国贝尔实世界第一块实用化太阳能电池在美国贝尔实世界第一块实用化太阳能电池在美国贝尔实世界第一块实用化太阳能电池在美国贝尔实验室问世，幷首先应用于空间技术。
当时太阳能电验室问世，幷首先应用于空间技术当时太阳能电验室问世，幷首先应用于空间技术当时太阳能电验室问世，幷首先应用于空间技术当时太阳能电池的转换效率为池的转换效率为池的转换效率为池的转换效率为8 8 8 8％％％％1973197319731973年世界爆发石油危机，从年世界爆发石油危机，从年世界爆发石油危机，从年世界爆发石油危机，从此之后，人们普遍对于太阳能电池关注，近此之后，人们普遍对于太阳能电池关注，近此之后，人们普遍对于太阳能电池关注，近此之后，人们普遍对于太阳能电池关注，近10101010几年几年几年几年来，随着世界能源短缺和环境污染等问题日趋严重，来，随着世界能源短缺和环境污染等问题日趋严重，来，随着世界能源短缺和环境污染等问题日趋严重，来，随着世界能源短缺和环境污染等问题日趋严重，太阳能电池的太阳能电池的太阳能电池的太阳能电池的清洁性、安全性、长寿命，免维护以清洁性、安全性、长寿命，免维护以清洁性、安全性、长寿命，免维护以清洁性、安全性、长寿命，免维护以及资源可再生性及资源可再生性及资源可再生性及资源可再生性等优点更加显现等优点更加显现等优点更加显现等优点更加显现 电池基础知识电池基础知识世界太阳能电池发展的主要节点世界太阳能电池发展的主要节点世界太阳能电池发展的主要节点世界太阳能电池发展的主要节点n n1954 1954 美国贝尔实验室发明单晶硅太阳能电池，效率为美国贝尔实验室发明单晶硅太阳能电池，效率为美国贝尔实验室发明单晶硅太阳能电池，效率为美国贝尔实验室发明单晶硅太阳能电池，效率为6 6％％％％n n1955 1955 第一个第一个第一个第一个光伏航标灯光伏航标灯光伏航标灯光伏航标灯问世，美国问世，美国问世，美国问世，美国RCARCA发明发明发明发明GaGa As As太阳能电池太阳能电池太阳能电池太阳能电池n n1958 1958 太阳能电池首次装备于美国先锋太阳能电池首次装备于美国先锋太阳能电池首次装备于美国先锋太阳能电池首次装备于美国先锋1 1号卫星，转换效率为号卫星，转换效率为号卫星，转换效率为号卫星，转换效率为8 8％。
％n n1959 1959 第一个单晶硅太阳能电池问世第一个单晶硅太阳能电池问世第一个单晶硅太阳能电池问世第一个单晶硅太阳能电池问世n n1960 1960 太阳能电池首次实现太阳能电池首次实现太阳能电池首次实现太阳能电池首次实现并网并网并网并网运行n n1974 1974 突破反射绒面技术，硅太阳能电池效率达到突破反射绒面技术，硅太阳能电池效率达到突破反射绒面技术，硅太阳能电池效率达到突破反射绒面技术，硅太阳能电池效率达到1818％n n1975 1975 非晶硅及带硅太阳能电池问世非晶硅及带硅太阳能电池问世非晶硅及带硅太阳能电池问世非晶硅及带硅太阳能电池问世n n1978 1978 美国建成美国建成美国建成美国建成100KW100KW光伏电站光伏电站光伏电站光伏电站n n1980 1980 单晶硅太阳能电池效率达到单晶硅太阳能电池效率达到单晶硅太阳能电池效率达到单晶硅太阳能电池效率达到2020％多晶硅为％多晶硅为％多晶硅为％多晶硅为14.514.5％，％，％，％，GaGa As As为为为为22.522.5％％％％n n1986 1986 美国建成美国建成美国建成美国建成6.5KW6.5KW光伏电站光伏电站光伏电站光伏电站n n1990 1990 德国提出德国提出德国提出德国提出“ “20002000光伏屋顶计划光伏屋顶计划光伏屋顶计划光伏屋顶计划” ”n n1995 1995 高效聚光高效聚光高效聚光高效聚光GaGa As As太阳能电池问世，效率达太阳能电池问世，效率达太阳能电池问世，效率达太阳能电池问世，效率达3232％％％％。
n n1997 1997 美国提出美国提出美国提出美国提出“ “克林顿总统百万太阳能屋顶计划，日本提出克林顿总统百万太阳能屋顶计划，日本提出克林顿总统百万太阳能屋顶计划，日本提出克林顿总统百万太阳能屋顶计划，日本提出“ “新阳光计划新阳光计划新阳光计划新阳光计划” ”n n1998 1998 单晶硅太阳能电池效率达到单晶硅太阳能电池效率达到单晶硅太阳能电池效率达到单晶硅太阳能电池效率达到24.724.7％，荷兰提出％，荷兰提出％，荷兰提出％，荷兰提出“ “百万光伏屋顶计划百万光伏屋顶计划百万光伏屋顶计划百万光伏屋顶计划” ”n n2000 2000 世界太阳能电池总产量达世界太阳能电池总产量达世界太阳能电池总产量达世界太阳能电池总产量达287MW287MW，欧洲计划，欧洲计划，欧洲计划，欧洲计划20102010年生产年生产年生产年生产6060亿瓦光伏亿瓦光伏亿瓦光伏亿瓦光伏电池电池电池电池 电池基础知识电池基础知识1998年以前，单晶硅电池占世界光伏生产的主导地位从1998年开始，多晶硅电池开始超过单晶硅跃居第一非晶硅从20世纪80年代初开始商业化生产，但由于效率低和光衰减问题，市场份额增加不快。
电池基础知识电池基础知识太阳能电池定义和分类 太阳能电池，太阳能电池，又称光伏器件又称光伏器件，，是一种利用光是一种利用光生伏特效应把光能转变为电能的器件它生伏特效应把光能转变为电能的器件它是太阳能光伏发电的基础和核心是太阳能光伏发电的基础和核心 电池基础知识电池基础知识太阳能电池分类按结构按结构分类分类同质结同质结太阳电池太阳电池异质结异质结太阳电池太阳电池肖特基肖特基太阳电池太阳电池 电池基础知识电池基础知识按材料按材料分类分类硅太阳硅太阳电池电池敏化纳米晶敏化纳米晶太阳电池太阳电池有机化合物有机化合物太阳电池太阳电池塑料塑料太阳电池太阳电池无机化合物无机化合物半导体半导体太阳电池太阳电池 电池基础知识电池基础知识按光电转换按光电转换机理机理传统传统太阳电池太阳电池激子激子太阳电池太阳电池 电池基础知识电池基础知识太阳能电池的结构及工作原理 电池基础知识电池基础知识太阳能电池的结构太阳能电池的结构 电池基础知识电池基础知识太阳能电池发电原理 电池基础知识电池基础知识n n光线照射在太阳能电池的界面层，具有足够能量的光子可以将P型硅和N型硅中的电子激发，产生电子-空穴对n n电子向带正电的N区，空穴向带负电的P区运动。
n n在P区和N区之间产生一个可测试的电压开路电压的典型数值为0.5-0.6Vn n产生电子-空穴对越多，电流越大 电池基础知识电池基础知识太阳能电池的应用 上世纪上世纪上世纪上世纪60606060年代，科学家们就已经将太阳电池应用于空间技术年代，科学家们就已经将太阳电池应用于空间技术年代，科学家们就已经将太阳电池应用于空间技术年代，科学家们就已经将太阳电池应用于空间技术————————通信卫星供电，上世纪末，在人类不断自我反省的过程通信卫星供电，上世纪末，在人类不断自我反省的过程通信卫星供电，上世纪末，在人类不断自我反省的过程通信卫星供电，上世纪末，在人类不断自我反省的过程中，对于光伏发电这种如此清洁和直接的能源形式已愈加亲中，对于光伏发电这种如此清洁和直接的能源形式已愈加亲中，对于光伏发电这种如此清洁和直接的能源形式已愈加亲中，对于光伏发电这种如此清洁和直接的能源形式已愈加亲切，不仅在空间应用，在众多领域中也大显身手如：太阳切，不仅在空间应用，在众多领域中也大显身手如：太阳切，不仅在空间应用，在众多领域中也大显身手如：太阳切，不仅在空间应用，在众多领域中也大显身手如：太阳能庭院灯、太阳能发电户用系统、村寨供电的独立系统、光能庭院灯、太阳能发电户用系统、村寨供电的独立系统、光能庭院灯、太阳能发电户用系统、村寨供电的独立系统、光能庭院灯、太阳能发电户用系统、村寨供电的独立系统、光伏水泵（饮水或灌溉）、通信电源、石油输油管道阴极保护、伏水泵（饮水或灌溉）、通信电源、石油输油管道阴极保护、伏水泵（饮水或灌溉）、通信电源、石油输油管道阴极保护、伏水泵（饮水或灌溉）、通信电源、石油输油管道阴极保护、光缆通信泵站电源、海水淡化系统、城镇中路标、高速公路光缆通信泵站电源、海水淡化系统、城镇中路标、高速公路光缆通信泵站电源、海水淡化系统、城镇中路标、高速公路光缆通信泵站电源、海水淡化系统、城镇中路标、高速公路路标等。
欧美等先进国家将光伏发电并入城市用电系统及边路标等欧美等先进国家将光伏发电并入城市用电系统及边路标等欧美等先进国家将光伏发电并入城市用电系统及边路标等欧美等先进国家将光伏发电并入城市用电系统及边远地区自然界村落供电系统纳入发展方向太阳电池与建筑远地区自然界村落供电系统纳入发展方向太阳电池与建筑远地区自然界村落供电系统纳入发展方向太阳电池与建筑远地区自然界村落供电系统纳入发展方向太阳电池与建筑系统的结合已经形成产业化趋势系统的结合已经形成产业化趋势系统的结合已经形成产业化趋势系统的结合已经形成产业化趋势 电池基础知识电池基础知识n n用户太阳能电源用户太阳能电源用户太阳能电源用户太阳能电源1.1.1.1.小型电源小型电源小型电源小型电源10-100W10-100W10-100W10-100W不等，用于边远无电地区如高原、不等，用于边远无电地区如高原、不等，用于边远无电地区如高原、不等，用于边远无电地区如高原、海岛、牧区、边防哨所等军民生活用电，如照明、海岛、牧区、边防哨所等军民生活用电，如照明、海岛、牧区、边防哨所等军民生活用电，如照明、海岛、牧区、边防哨所等军民生活用电，如照明、电视、收录机等电视、收录机等电视、收录机等电视、收录机等 太阳能电源太阳能电源太阳能电源太阳能电源 太阳能逆变器太阳能逆变器太阳能逆变器太阳能逆变器 电池基础知识电池基础知识2. 3-5KW2. 3-5KW家庭屋顶并网发电系统；家庭屋顶并网发电系统； 电池基础知识电池基础知识3.3.光伏水泵：解决无电地区的深水井饮用、灌溉光伏水泵：解决无电地区的深水井饮用、灌溉 电池基础知识电池基础知识n n 交通领域交通领域交通领域交通领域 如航标灯、交通如航标灯、交通如航标灯、交通如航标灯、交通/ / / /铁路信号灯、交通警示铁路信号灯、交通警示铁路信号灯、交通警示铁路信号灯、交通警示/ / / /标志灯、标志灯、标志灯、标志灯、路灯、高空障碍灯、高速公路路灯、高空障碍灯、高速公路路灯、高空障碍灯、高速公路路灯、高空障碍灯、高速公路/ / / /铁路无线亭、无铁路无线亭、无铁路无线亭、无铁路无线亭、无人值守道班供电等。
人值守道班供电等人值守道班供电等人值守道班供电等 电池基础知识电池基础知识n n通讯通讯通讯通讯/ / / /通信领域通信领域通信领域通信领域 太阳能无人值守微波中继站、光缆维护站、广播太阳能无人值守微波中继站、光缆维护站、广播太阳能无人值守微波中继站、光缆维护站、广播太阳能无人值守微波中继站、光缆维护站、广播/ / / /通通通通讯讯讯讯/ / / /寻呼电源系统；农村载波光伏系统、小型通寻呼电源系统；农村载波光伏系统、小型通寻呼电源系统；农村载波光伏系统、小型通寻呼电源系统；农村载波光伏系统、小型通信机、士兵信机、士兵信机、士兵信机、士兵GPSGPSGPSGPS供电等 电池基础知识电池基础知识n n石油、海洋、气象领域石油、海洋、气象领域石油、海洋、气象领域石油、海洋、气象领域 石油管道和水库闸门阴极保护太阳能电源系统、石油石油管道和水库闸门阴极保护太阳能电源系统、石油石油管道和水库闸门阴极保护太阳能电源系统、石油石油管道和水库闸门阴极保护太阳能电源系统、石油钻井平台生活及应急电源、海洋检测设备、气象钻井平台生活及应急电源、海洋检测设备、气象钻井平台生活及应急电源、海洋检测设备、气象钻井平台生活及应急电源、海洋检测设备、气象/ / / /水水水水文观测设备等文观测设备等文观测设备等文观测设备等 风云三号气象卫星的太阳能电池风云三号气象卫星的太阳能电池风云三号气象卫星的太阳能电池风云三号气象卫星的太阳能电池 电池基础知识电池基础知识海洋气象监测标海洋气象监测标 电池基础知识电池基础知识n n家庭灯具电源家庭灯具电源家庭灯具电源家庭灯具电源如庭院灯、路灯、手提灯、野营灯、登山灯、垂钓灯、如庭院灯、路灯、手提灯、野营灯、登山灯、垂钓灯、如庭院灯、路灯、手提灯、野营灯、登山灯、垂钓灯、如庭院灯、路灯、手提灯、野营灯、登山灯、垂钓灯、黑光灯、割胶灯、节能灯等。
黑光灯、割胶灯、节能灯等黑光灯、割胶灯、节能灯等黑光灯、割胶灯、节能灯等 电池基础知识电池基础知识 电池基础知识电池基础知识n n光伏电站光伏电站光伏电站光伏电站10KW-50MW10KW-50MW10KW-50MW10KW-50MW独立光伏电站、风光（柴）互补电站、各种独立光伏电站、风光（柴）互补电站、各种独立光伏电站、风光（柴）互补电站、各种独立光伏电站、风光（柴）互补电站、各种大型停车厂充电站等大型停车厂充电站等大型停车厂充电站等大型停车厂充电站等 电池基础知识电池基础知识 。