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作者簡介
目次
商品簡介
《圖解化學電池》是“名師講科技前沿系列”中的一冊，內容包括化學電池原理和簡史，一次電池和二次電池等6章，著重介紹了鋰離子二次電池和燃料電池等內容。
針對化學電池的入門者、製作者、應用者、研究開發者、決策者等多方面的需求，本書圖文並茂，全面且簡明扼要地介紹化學電池的工作原理、相關材料、製作工藝、新進展、新應用及發展前景等。採用每章之下 “節節清”的論述方式，圖文對照，並給出“本節重點”。力求做到深入淺出，通俗易懂；層次分明，思路清晰；內容豐富，重點突出；選材新穎，強調應用。
本書可作為化學、材料、化工、能源及動力、機械、微電子、顯示器 、物理、計算機、精密儀器等相關領域的科技、工程技術人員參考書籍。
針對化學電池的入門者、製作者、應用者、研究開發者、決策者等多方面的需求，本書圖文並茂，全面且簡明扼要地介紹化學電池的工作原理、相關材料、製作工藝、新進展、新應用及發展前景等。採用每章之下 “節節清”的論述方式，圖文對照，並給出“本節重點”。力求做到深入淺出，通俗易懂；層次分明，思路清晰；內容豐富，重點突出；選材新穎，強調應用。
本書可作為化學、材料、化工、能源及動力、機械、微電子、顯示器 、物理、計算機、精密儀器等相關領域的科技、工程技術人員參考書籍。
作者簡介
田民波，清華大學教授，博士生導師，長期從事材料學的教學預可研工作，在電子材料、封裝技術、磁性材料、粉體材料等領域取得了原創性成就。已經和現承擔的課題有：(1)國家 級科學基金重大項目“高密度封裝的應用基礎研究”，(2)國際合作項目“零收縮率LTCC研究”，(3)“十五”軍工預研項目“新型疊層LCCC-3D MCM封裝技術研究”，(4)“863”項目“銀摻合型聚合物導體材料的研究和開發”，(5)“985”面上項目“低溫共燒陶瓷多層基板及高密度封裝研究”，(6)橫向課題“環保及高頻型複合材料基板及塑封料研究”，(7)橫向課題“應用于微電子封裝的矽微粉研究”，(8)橫向課題“應用于微電子封裝的各向異性導電膠、導電膜研究”。獲專利3項：(1)中國實用新型專利：電機用永磁轉子；(2)中國實用新型專利：永磁無刷直流電動機；(3)中國發明專利：一種製備零收縮率低溫共燒陶瓷多層基板的工藝。
目次
第1 章 化學電池的發展史
1.1 電池的種類及現狀 2
1.1.1 化學電池 2
1.1.2 物理電池和生物電池 4
1.1.3 實用電池應具備的條件及常用電池的特性 6
1.1.4 一次電池和二次電池的主要用途 8
1.2 電池的發展簡史①――從巴格達電池到伏打電池 10
1.2.1 世界最早的電池――製作于陶罐中的巴格達電池 10
1.2.2 利用青蛙腿製作電池？――伽伐尼的實驗 12
1.2.3 電池的發明――乾電池起始於濕式 14
1.3 電池的發展簡史②――從伏打電池到丹聶耳電池 16
1.3.1 伏打電池的起電原理 16
1.3.2 伏打電池的缺點――正極析氫 18
1.3.3 克服伏打電池缺點的丹聶耳電池――無隔斷的情況分析 20
1.3.4 克服伏打電池缺點的丹聶耳電池――採用無孔隙的完全隔斷的情況分析 22
1.4 電池的發展簡史③――從丹聶耳電池到勒克朗謝電池 24
1.4.1 丹聶耳電池的關鍵――素燒瓷隔斷中的微孔 24
1.4.2 丹聶耳電池的缺點――離子化傾向 26
1.4.3 從勒克朗謝（濕）電池到乾電池 28
1.4.4 乾電池的代表 30
1.4.5 常用乾電池的分類 32
1.5 電池的三個基本參量和構成電池的四要素 34
1.5.1 用儲水罐說明電池的三個基本參量 34
1.5.2 電池的容量――可取出電（荷）的量 36
1.5.3 電池的電壓――起電力 38
1.5.4 電池的電能――電池電壓與電荷量的乘積 40
1.5.5 構成電池的四要素 42
書角茶桌
從氧化還原反應認識化學電池用電極材料 44
第2 章 一次電池和二次電池
2.1 常用一次電池 46
2.1.1 不斷進步的乾電池 46
2.1.2 錳乾電池的標準放電曲線 48
2.1.3 鋰一次電池的結構 50
2.1.4 錳氧化物簡介 52
2.1.5 錳氧化物的各種晶體結構 54
2.2 常用二次電池 56
2.2.1 二次電池簡介 56
2.2.2 二次電池的早期代表――鉛- 酸蓄電池 58
2.2.3 鉛- 酸蓄電池已曆逾一個半世紀 60
2.2.4 鉛- 酸蓄電池的充放電反應 62
2.2.5 鎳- 鎘電池 64
2.2.6 鎳- 氫電池 66
2.2.7 鎳- 鋅電池 68
2.3 二次電池的特性 70
2.3.1 二次電池的特性對比 70
2.3.2 不同應用領域對二次電池的性能要求 72
2.3.3 不同二次電池的放電特性比較 74
2.3.4 二次電池應用於不同領域的發展勢態 76
2.4 二次電池的產業化現狀 78
2.4.1 電動汽車的關鍵技術 78
2.4.2 二次電池與電動汽車 80
2.4.3 二次電池的普及 82
2.4.4 二次電池能量密度和功率密度的比較 84
2.4.5 美國的“電池曼哈頓計劃” 86
書角茶桌
二次電池中為什麼講正極和負極而不講陽極和陰極？ 88
第3 章 鋰離子電池
3.1 鋰離子電池的工作原理 90
3.1.1 鋰離子電池的發展經歷 90
3.1.2 鋰離子電池的工作原理 92
3.1.3 鋰離子電池的應用――以移動電子產品為例 94
3.1.4 鋰離子電池的充放電過程 96
3.1.5 鋰離子電池的充放電反應 98
3.1.6 鋰離子電池的結構和組裝 100
3.1.7 鋰離子電池用的四大關鍵材料 102
3.2 鋰離子電池的正極材料 104
3.2.1 正極材料的選取原則 104
3.2.2 鋰離子電池各種正極材料的比較 106
3.2.3 層狀結構氧化物正極材料 108
3.2.4 尖晶石結構正極材料 110
3.2.5 橄欖石結構正極材料 112
3.3 鋰離子電池的負極材料 114
3.3.1 負極材料儲鋰機理及負極材料的分類 114
3.3.2 負極材料的進展 116
3.3.3 碳負極材料 118
3.3.4 合金化負極材料 120
3.4 導電添加劑和石墨烯 122
3.4.1 導電添加劑在鋰離子電池中的作用 122
3.4.2 炭黑和碳納米管導電添加劑 124
3.4.3 石墨烯簡介 126
3.4.4 石墨烯“自上而下”和“自下而上”的生長方式 128
書角茶桌
二次電池緣何相中了鋰離子？ 130
第4 章 研發中的新型二次電池
4.1 從有機電解液到固體電解質 132
4.1.1 鋰離子電池的安全隱患 132
4.1.2 各種電解質的比較 134
4.1.3 鋰- 聚合物二次電池 136
4.1.4 開發中的固體電解質 138
4.1.5 全固態二次電池的優勢 140
4.1.6 全固態二次電池的開發 142
4.1.7 全固態二次電池的開發目標和發展前景 144
4.2 開發中的鋰二次電池 146
4.2.1 鋰- 二氧化錳電池 146
4.2.2 鋰- 硫電池 148
4.2.3 鋰- 硫化鐵電池 150
4.2.4 鈉- 硫電池 152
4.3 鋰- 空氣二次電池和超級電容器 154
4.3.1 鋰- 空氣二次電池 154
4.3.2 鋰- 銅二次電池 156
4.3.3 氧化還原液流電池和全釩液流電池 158
4.3.4 超級電容器 160
4.3.5 超級電容器的應用 162
書角茶桌
新材料延長鋰金屬電池壽命，增加汽車機動性 164
第5 章 燃料電池原理及基本要素
5.1 燃料電池發展概述 166
5.1.1 燃料電池的發展簡史及應用概況 166
5.1.2 燃料電池與普通化學電池（一次、二次電池）的基本差異 168
5.1.3 Bauru 和Toplex 燃料電池的原理 170
5.1.4 Beacon 燃料電池的誕生 172
5.2 燃料電池的發電原理 174
5.2.1 燃料電池由氫、氧反應發電 174
5.2.2 燃料電池直接將燃料變成電 176
5.2.3 燃料電池與火力發電的比較 178
5.2.4 人類身體與燃料電池非常相似 180
5.3 燃料電池基本要素 182
5.3.1 氫- 氧燃料電池發電過程 182
5.3.2 燃料電池的理論效率 184
5.3.3 實例一――堿型燃料電池 186
5.3.4 實例二――直接甲醇燃料型和高分子電解質型燃料電池 188
5.4 燃料電池的種類 190
5.4.1 燃料電池分類方法及一般構造 190
5.4.2 電解質與燃料電池的種類 192
書角茶桌
享受更多藍天，清潔能源要領跑 194
第6 章 常用燃料電池的原理與結構
6.1 磷酸型燃料電池（PAFC） 196
6.1.1 磷酸型燃料電池的工作原理 196
6.1.2 已實現長壽命的磷酸型燃料電池 198
6.1.3 磷酸型燃料電池的改進 200
6.2 熔融碳酸鹽型燃料電池（MCFC） 202
6.2.1 熔融碳酸鹽型燃料電池的工作原理 202
6.2.2 單電池的構成和發電原理 204
6.2.3 MCFC 燃料電池的構成材料 206
6.2.4 MCFC 燃料電池長壽命化的措施 208
6.2.5 熔融碳酸鹽型燃料電池的重整方式 210
6.3 高溫固體電解質型燃料電池（SOFC） 212
6.3.1 高溫固體電解質型燃料電池的工作原理 212
6.3.2 高溫固體電解質型燃料電池的單電池（cell）構造 214
6.3.3 目標為大規模發電和小型電源的固體氧化物型燃料電池 216
6.3.4 高溫固體電解質型燃料電池的特性 218
6.4 高分子電解質型燃料電池（PEFC） 220
6.4.1 高分子電解質型燃料電池的工作原理 220
6.4.2 高分子電解質型燃料電池的改進 222
6.4.3 各種各樣的汽車用燃料電池系統 224
6.4.4 直接使用氫氣型汽車用燃料電池 226
6.5 儲氫技術與儲氫材料 228
6.5.1 氫的安全容器――儲氫合金 228
6.5.2 吸氫合金――以比液氫更小的體積儲氫 230
6.5.3 無機氫化物儲氫材料 232
6.6 幾種有可能實現的燃料電池 234
6.6.1 工作溫度可降低的SOFC 234
6.6.2 可利用煤炭的燃料電池 236
6.6.3 可利用廢棄物的燃料電池 238
書角茶桌
清潔能源，越走越近 240
參考文獻 241
作者簡介 242
1.1 電池的種類及現狀 2
1.1.1 化學電池 2
1.1.2 物理電池和生物電池 4
1.1.3 實用電池應具備的條件及常用電池的特性 6
1.1.4 一次電池和二次電池的主要用途 8
1.2 電池的發展簡史①――從巴格達電池到伏打電池 10
1.2.1 世界最早的電池――製作于陶罐中的巴格達電池 10
1.2.2 利用青蛙腿製作電池？――伽伐尼的實驗 12
1.2.3 電池的發明――乾電池起始於濕式 14
1.3 電池的發展簡史②――從伏打電池到丹聶耳電池 16
1.3.1 伏打電池的起電原理 16
1.3.2 伏打電池的缺點――正極析氫 18
1.3.3 克服伏打電池缺點的丹聶耳電池――無隔斷的情況分析 20
1.3.4 克服伏打電池缺點的丹聶耳電池――採用無孔隙的完全隔斷的情況分析 22
1.4 電池的發展簡史③――從丹聶耳電池到勒克朗謝電池 24
1.4.1 丹聶耳電池的關鍵――素燒瓷隔斷中的微孔 24
1.4.2 丹聶耳電池的缺點――離子化傾向 26
1.4.3 從勒克朗謝（濕）電池到乾電池 28
1.4.4 乾電池的代表 30
1.4.5 常用乾電池的分類 32
1.5 電池的三個基本參量和構成電池的四要素 34
1.5.1 用儲水罐說明電池的三個基本參量 34
1.5.2 電池的容量――可取出電（荷）的量 36
1.5.3 電池的電壓――起電力 38
1.5.4 電池的電能――電池電壓與電荷量的乘積 40
1.5.5 構成電池的四要素 42
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從氧化還原反應認識化學電池用電極材料 44
第2 章 一次電池和二次電池
2.1 常用一次電池 46
2.1.1 不斷進步的乾電池 46
2.1.2 錳乾電池的標準放電曲線 48
2.1.3 鋰一次電池的結構 50
2.1.4 錳氧化物簡介 52
2.1.5 錳氧化物的各種晶體結構 54
2.2 常用二次電池 56
2.2.1 二次電池簡介 56
2.2.2 二次電池的早期代表――鉛- 酸蓄電池 58
2.2.3 鉛- 酸蓄電池已曆逾一個半世紀 60
2.2.4 鉛- 酸蓄電池的充放電反應 62
2.2.5 鎳- 鎘電池 64
2.2.6 鎳- 氫電池 66
2.2.7 鎳- 鋅電池 68
2.3 二次電池的特性 70
2.3.1 二次電池的特性對比 70
2.3.2 不同應用領域對二次電池的性能要求 72
2.3.3 不同二次電池的放電特性比較 74
2.3.4 二次電池應用於不同領域的發展勢態 76
2.4 二次電池的產業化現狀 78
2.4.1 電動汽車的關鍵技術 78
2.4.2 二次電池與電動汽車 80
2.4.3 二次電池的普及 82
2.4.4 二次電池能量密度和功率密度的比較 84
2.4.5 美國的“電池曼哈頓計劃” 86
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二次電池中為什麼講正極和負極而不講陽極和陰極？ 88
第3 章 鋰離子電池
3.1 鋰離子電池的工作原理 90
3.1.1 鋰離子電池的發展經歷 90
3.1.2 鋰離子電池的工作原理 92
3.1.3 鋰離子電池的應用――以移動電子產品為例 94
3.1.4 鋰離子電池的充放電過程 96
3.1.5 鋰離子電池的充放電反應 98
3.1.6 鋰離子電池的結構和組裝 100
3.1.7 鋰離子電池用的四大關鍵材料 102
3.2 鋰離子電池的正極材料 104
3.2.1 正極材料的選取原則 104
3.2.2 鋰離子電池各種正極材料的比較 106
3.2.3 層狀結構氧化物正極材料 108
3.2.4 尖晶石結構正極材料 110
3.2.5 橄欖石結構正極材料 112
3.3 鋰離子電池的負極材料 114
3.3.1 負極材料儲鋰機理及負極材料的分類 114
3.3.2 負極材料的進展 116
3.3.3 碳負極材料 118
3.3.4 合金化負極材料 120
3.4 導電添加劑和石墨烯 122
3.4.1 導電添加劑在鋰離子電池中的作用 122
3.4.2 炭黑和碳納米管導電添加劑 124
3.4.3 石墨烯簡介 126
3.4.4 石墨烯“自上而下”和“自下而上”的生長方式 128
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二次電池緣何相中了鋰離子？ 130
第4 章 研發中的新型二次電池
4.1 從有機電解液到固體電解質 132
4.1.1 鋰離子電池的安全隱患 132
4.1.2 各種電解質的比較 134
4.1.3 鋰- 聚合物二次電池 136
4.1.4 開發中的固體電解質 138
4.1.5 全固態二次電池的優勢 140
4.1.6 全固態二次電池的開發 142
4.1.7 全固態二次電池的開發目標和發展前景 144
4.2 開發中的鋰二次電池 146
4.2.1 鋰- 二氧化錳電池 146
4.2.2 鋰- 硫電池 148
4.2.3 鋰- 硫化鐵電池 150
4.2.4 鈉- 硫電池 152
4.3 鋰- 空氣二次電池和超級電容器 154
4.3.1 鋰- 空氣二次電池 154
4.3.2 鋰- 銅二次電池 156
4.3.3 氧化還原液流電池和全釩液流電池 158
4.3.4 超級電容器 160
4.3.5 超級電容器的應用 162
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第5 章 燃料電池原理及基本要素
5.1 燃料電池發展概述 166
5.1.1 燃料電池的發展簡史及應用概況 166
5.1.2 燃料電池與普通化學電池（一次、二次電池）的基本差異 168
5.1.3 Bauru 和Toplex 燃料電池的原理 170
5.1.4 Beacon 燃料電池的誕生 172
5.2 燃料電池的發電原理 174
5.2.1 燃料電池由氫、氧反應發電 174
5.2.2 燃料電池直接將燃料變成電 176
5.2.3 燃料電池與火力發電的比較 178
5.2.4 人類身體與燃料電池非常相似 180
5.3 燃料電池基本要素 182
5.3.1 氫- 氧燃料電池發電過程 182
5.3.2 燃料電池的理論效率 184
5.3.3 實例一――堿型燃料電池 186
5.3.4 實例二――直接甲醇燃料型和高分子電解質型燃料電池 188
5.4 燃料電池的種類 190
5.4.1 燃料電池分類方法及一般構造 190
5.4.2 電解質與燃料電池的種類 192
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第6 章 常用燃料電池的原理與結構
6.1 磷酸型燃料電池（PAFC） 196
6.1.1 磷酸型燃料電池的工作原理 196
6.1.2 已實現長壽命的磷酸型燃料電池 198
6.1.3 磷酸型燃料電池的改進 200
6.2 熔融碳酸鹽型燃料電池（MCFC） 202
6.2.1 熔融碳酸鹽型燃料電池的工作原理 202
6.2.2 單電池的構成和發電原理 204
6.2.3 MCFC 燃料電池的構成材料 206
6.2.4 MCFC 燃料電池長壽命化的措施 208
6.2.5 熔融碳酸鹽型燃料電池的重整方式 210
6.3 高溫固體電解質型燃料電池（SOFC） 212
6.3.1 高溫固體電解質型燃料電池的工作原理 212
6.3.2 高溫固體電解質型燃料電池的單電池（cell）構造 214
6.3.3 目標為大規模發電和小型電源的固體氧化物型燃料電池 216
6.3.4 高溫固體電解質型燃料電池的特性 218
6.4 高分子電解質型燃料電池（PEFC） 220
6.4.1 高分子電解質型燃料電池的工作原理 220
6.4.2 高分子電解質型燃料電池的改進 222
6.4.3 各種各樣的汽車用燃料電池系統 224
6.4.4 直接使用氫氣型汽車用燃料電池 226
6.5 儲氫技術與儲氫材料 228
6.5.1 氫的安全容器――儲氫合金 228
6.5.2 吸氫合金――以比液氫更小的體積儲氫 230
6.5.3 無機氫化物儲氫材料 232
6.6 幾種有可能實現的燃料電池 234
6.6.1 工作溫度可降低的SOFC 234
6.6.2 可利用煤炭的燃料電池 236
6.6.3 可利用廢棄物的燃料電池 238
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