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电池发展历史、现状及趋势,李伟善,主要内容,电池发展简史 电池的定义、特点和作用 一次电池 二次电池 电化学电容器 燃料电池,Baghdad 电池,2200年前 ,电池发展简史,主要电池的发明时间,-2200 Baghdad battery 1800 Voltaic pile: silver zinc 1836 Daniell cell: copper zinc 1838 Grove: principle of air cell 1859 Plant: lead-acid cell 1868 Leclanch: carbon zinc wet cell 1888 Gassner: carbon zinc dry cell 1899 Junger: nickel cadmium cell,电池发展简史,电池的历史,1946 Neumann: sealed NiCd 1956 Bacon: alkaline fuel cell 1959 Urry: alkaline primary battery 1960s Rechargeable NiCd 1970s Lithium, sealed lead acid 1990 Nickel metal hydride (NiMH) 1991 Lithium ion 1992 Rechargeable alkaline 1999 Lithium ion polymer,电池发展简史,1980年代前后,1980年代,电池工业被认为已相当成熟,无太多的发展空间 最近二十年,新型电池层出不穷 传统电池的性能显著的改善 新概念电池发明,电池发展简史,定义,电池是将化学能转化成电能的一种装置,电池的定义、特点和应用价值,电活性物质,Most wants to reduce (gain electrons) Gold Mercury Silver Copper Lead Nickel Cadmium,Iron Zinc Aluminum Magnesium Sodium Potassium Lithium Most wants to oxidize (lose electrons),电池的定义、特点和应用价值,电池发电的特点,能量转化效率高 无噪音 操作方便 ,电池的定义、特点和应用价值,电池为人类带来了极大的便利,最早的手提电话: 第一部手提电话重量为9.8kg 1982年,Nokia 现在的大多数手提电话重量小于100g,电池的定义、特点和应用价值,新世纪更需要电池,社会可持续发展 减少自然资源的使用 减少环境污染 人类生活更加舒适便利 电器越来越多 电器变小 使用时间延长 电动汽车,电池的定义、特点和应用价值,电池的新应用,高价值的电子设备 电动工具 工业牵引 军事 固定备用电源 电动汽车 可再生能源利用的储能装备,电池的定义、特点和应用价值,电池工业发展趋势,环保 电池本身对环境无污染 电池可回收 二次化 高能 高功率,电池的定义、特点和应用价值,发展需求与电池化学的矛盾,能用于设计成电池的化学反应相当有限 需求 能量:从100mWh 的扣式电池到20kWh的动 力电池 功率:从25-100W的心脏起搏器电池到 MW级的备用电源,电池的定义、特点和应用价值,对策,材料的变革 结构设计的进步,电池的定义、特点和应用价值,一次电池,一次锂电池,优点 高能 缺点 成本高,锂二氧化锰电池,一次电池,Li-CFx电池,一次电池,锌锰电池,一次电池,智能卡(Smart Card),一次电池,纸电池,一次电池,锌二氧化锰薄电池,一次电池,锌银电池,一次电池,金属空气电池,金属作阳极作活性物质 Li, Mg, Zn, Al, Fe 用不完的空气作阴极活性物质,一次电池,铝空气电池,一次电池,锌空气电池,一次电池,二次电池,阀控式铅酸电池,二次电池,Alloy (H) + OH- Alloy + H2O + e- NiOOH + H2O + e- Ni(OH)2 + OH-,Ni-MH电池,二次电池,锌镍电池,二次电池,锂离子电池,二次电池,锂离子电池,二次电池,二次电池,锂电池材料,二次电池,聚合物,干聚合物,聚合物凝胶,聚合物溶液,二次电池,锂二次电池,二次电池,可充碱性锌锰电池,二次电池,电化学电容器,电容器,电化学电容器,电解电容器,电化学电容器,电化学电容器,电化学电容器,1000m2/g * 5uF/cm2 * 10000 = 50F/g,电化学电容器,电化学电容器,电化学电容器,e-,2H2 4H+ + 4e-,2H2 + 4OH- 4H2O + 4e-,2H2 4H+ + 4e-, CH3OH + H2O CO2 + 4H+ + 4e-,O2 + 2CO2 + 4e- 2CO32-,2H2 + 2CO32- 2CO2 + 2H2O + 4e- or 2CO + 2CO32- 4CO2 + 4e-,O2 + 4e- 2O2-,2H2 + 2O2- 2H2O + 4e or 2CO + 2O2- 2CO2 + 4e or CH4 + 2O2- CO2 + H2O + 4e,Oxidant,Fuel,Current,Load,Electrolyte,Residual oxidant and water,Residual fuel and product gases,Li2CO3 + K2CO3 in LiAlO2 CO32-,YSZ O2-,PAFC,AFC,PEMFC,DMFC,MCFC,SOFC,e-,燃料电池的类型,燃料电池固定电站,混合动力电源,Principal difficulties with fuel cell vehicles,Fuel, availability and supply compact and lightweight storage,Vehicle requirements, fast start-up from cold intermittent operation hydrocarbon fuel + reformer is impractical,At present, PEMFC / compressed H2 system preferred,Short range ( typically 300 km ),便携式燃料电池,Micro fuel cell ( PEMFC, DMFC ) + battery ( Li ) systems for : mobile phones personal digital assistants laptop computers MP3 players military equipment man-pack radios helmet-mounted image displays night-vision sights laser range finders communications systems sensors,NEC,Specific energy ( Wh kg-1),NiCd,NiMH,Li-ion,DMFC,12,39,30,100,200,600,300,3000,Expected,Present,Motorola,Carbon nanohor ns,微生物燃料电池,液流储能电池,洁净的发电方式,Fuel cell,Consumer,未来的环境,谢谢!,
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