目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 電化學的概念 1
1.1.1 什么是電化學 1
1.1.2 電化學反應的特點 1
1.1.3 電化學反應體系 3
1.1.4 電化學的研究范疇 3
1.2 電化學的發(fā)展歷史 4
1.3 電化學主要應用領域 5
1.3.1 經(jīng)典應用領域 6
1.3.2 代表性的新領域 7
1.4 電化學學科的發(fā)展趨勢 10
習題與思考題 11
第2章 電解質(zhì)溶液基礎 12
2.1 電解質(zhì)的分類 12
2.2 電解質(zhì)溶液的靜態(tài)性質(zhì) 13
2.2.1 電離度和電離常數(shù) 13
2.2.2 活度與活度系數(shù) 13
2.2.3 離子強度 15
2.3 電解質(zhì)溶液的離子相互作用理論 16
2.3.1 強電解質(zhì)溶液的離子互吸理論 16
2.3.2 離子締合理論 20
2.4 離子的溶劑化作用與水化作用 23
2.4.1 水的性質(zhì)與結(jié)構 23
2.4.2 離子水化數(shù) 24
2.4.3 溶劑化作用對離子平均活度系數(shù)的影響 25
2.5 電解質(zhì)溶液的動態(tài)性質(zhì) 27
2.5.1 電導、離子淌度和遷移數(shù) 27
2.5.2 電解質(zhì)溶液電導的實驗數(shù)據(jù) 29
2.5.3 強電解質(zhì)溶液的電導理論 32
2.5.4 異常電導現(xiàn)象 33
2.5.5 電解質(zhì)溶液的擴散現(xiàn)象 34
2.5.6 擴散系數(shù)、離子淌度和摩爾電導之間的關系 35
2.6 非水溶液電解質(zhì) 37
2.6.1 非水溶劑中的離子溶劑化作用 37
2.6.2 非水溶液的電導率 38
2.7 電解質(zhì)溶液對可充電電池的性能影響—實例分析 38
2.7.1 通過改變電解質(zhì)中陰離子種類和電解質(zhì)濃度改善電池性能 39
2.7.2 通過在電解質(zhì)中摻入添加劑調(diào)控改善電池性能 40
習題與思考題 41
第3章 電化學熱力學與電極/溶液界面性質(zhì) 43
3.1 電動勢形成的機理和電極電勢的性質(zhì) 43
3.1.1 電勢與電化學勢 43
3.1.2 相間電勢差與電動勢的組成 44
3.1.3 電極/溶液界面產(chǎn)生相間電勢差的原因 45
3.1.4 液體接界電勢 46
3.2 可逆電池的概念 48
3.2.1 可逆電池應具備的條件 48
3.2.2 可逆電池電動勢的符號與電池的書寫規(guī)則 49
3.3 可逆電池熱力學 50
3.3.1 電池電動勢和熱力學平衡常數(shù)之間的關聯(lián) 50
3.3.2 電動勢和溫度系數(shù)與其反應的ΔH和ΔS之間的關聯(lián) 50
3.4 平衡電極電勢與可逆電極 51
3.4.1 標準電極與標準電極電勢 51
3.4.2 可逆電極的幾種類型 53
3.4.3 非水溶劑中的電化學序列 54
3.4.4 非水溶劑的參比電極及工作的電勢范圍 56
3.5 可逆電池的分類 57
3.5.1 物理電池 57
3.5.2 濃差電池 57
3.5.3 化學電池 59
3.6 不可逆電極 60
3.6.1 不可逆電極及其電勢 60
3.6.2 不可逆電極類型 62
3.6.3 可逆電極電勢與不可逆電極電勢的判別 63
3.7 φ-pH圖及其應用 64
3.7.1 φ-pH圖的定義與性質(zhì) 64
3.7.2 φ-pH圖的繪制方法 65
3.7.3 水的φ-pH圖 66
3.7.4 金屬-水系的φ-pH圖 68
3.7.5 φ-pH圖的局限性 71
3.8 電極/溶液界面性質(zhì) 71
3.8.1 電極/溶液界面現(xiàn)象及其研究方法 71
3.8.2 零電荷電勢 78
3.9 雙電層結(jié)構模型簡介 81
3.9.1 平板電容器的雙電層模型 81
3.9.2 分散雙電層模型 81
3.9.3 吸附雙電層模型 82
3.9.4 雙電層結(jié)構理論的發(fā)展 85
3.9.5 新型電化學雙電層描述 87
3.10 電極/溶液界面上的吸附現(xiàn)象 91
3.10.1 無機陰離子的吸附 91
3.10.2 無機陽離子的吸附 93
3.10.3 有機分子（或有機離子）的吸附 93
習題與思考題 97
第4章 電極過程動力學及幾種重要的電極過程 101
4.1 電化學動力學理論基礎 101
4.2 電極過程的Butler-Volmer模型 104
4.2.1 電極反應的本質(zhì) 104
4.2.2 Butler-Volmer模型的建立 105
4.2.3 傳遞系數(shù)和標準速率常數(shù) 108
4.2.4 交換電流密度 110
4.3 單電子反應的電化學極化 111
4.3.1 電化學極化下的Butler-Volmer公式 112
4.3.2 線性極化公式 114
4.3.3 Tafel公式和應用 114
4.4 多電子反應的電極動力學 115
4.4.1 多電子反應中決速步驟的計算數(shù) 116
4.4.2 多電子反應的電化學極化 117
4.4.3 多電子反應的Butler-Volmer公式 119
4.5 幾種重要的電極過程 120
4.5.1 電極過程與電極反應 120
4.5.2 電極反應的特點與種類 124
4.5.3 電極過程的決速步驟 127
4.5.4 鋰離子電池的電極過程與特點 128
習題與思考題 130
第5章 電化學研究方法 132
5.1 電化學測量儀器 132
5.1.1 電化學測量儀器涉及的基本電路 132
5.1.2 恒電勢儀和恒電流儀 135
5.1.3 電化學實驗操作 138
5.2 電化學等效電路 139
5.2.1 等效電路模型的建立 140
5.2.2 電化學反應電阻和解析方法 140
5.2.3 溶液濃差阻抗和解析方法 141
5.2.4 鋰離子電池等效電路的建立 143
5.3 伏安測試與分析 145
5.3.1 循環(huán)伏安法 145
5.3.2 可逆、準可逆與不可逆電化學體系的電流-電勢曲線 147
5.3.3 循環(huán)伏安法在鋰離子電池研究中的應用 149
5.4 電化學阻抗譜技術 151
5.4.1 復數(shù)和復數(shù)運算 152
5.4.2 拉普拉斯變換 157
5.4.3 阻抗譜模型的等效電子電路 160
5.4.4 電化學阻抗譜的解析方法 161
5.4.5 鋰離子電池的阻抗譜綜合分析方法 164
習題與思考題 166
第6章 化學電源概述與鋰離子電池技術 169
6.1 化學電源概述 169
6.1.1 化學電源的產(chǎn)生和發(fā)展 169
6.1.2 化學電源的組成及作用 170
6.1.3 化學電源的性能參數(shù) 172
6.2 鋰離子電池 181
6.2.1 鋰離子電池簡介 181
6.2.2 鋰離子電池的設計 184
6.2.3 鋰離子電池的關鍵材料 187
6.3 鋰離子電池相關儲能技術 209
6.3.1 儲能技術的分類與發(fā)展程度 209
6.3.2 儲能技術的重要性及相關應用 210
6.3.3 鋰離子電池在儲能技術中的應用 214
6.4 鋰離子電池技術的發(fā)展方向和展望 218
習題與思考題 221
第7章 新型電池技術 223
7.1 新型電池概述 223
7.2 鋰硫電池 224
7.2.1 鋰硫電池的原理和結(jié)構 224
7.2.2 正極材料 225
7.2.3 鋰負極設計 228
7.2.4 電解質(zhì)材料 229
7.2.5 鋰硫電池的特點及應用 231
7.3 鋰氧電池 233
7.3.1 鋰氧電池的原理和結(jié)構 233
7.3.2 空氣電極（正極） 236
7.3.3 電解質(zhì)材料 238
7.3.4 鋰負極的保護 239
7.3.5 鋰氧電池的特點及應用 240
7.4 鋅-空氣電池 242
7.4.1 鋅-空氣電池的原理和結(jié)構 242
7.4.2 正極材料 244
7.4.3 鋅負極設計 246
7.4.4 電解質(zhì)材料 247
7.4.5 鋅-空氣電池的特點及應用 249
7.5 鈉離子電池 251
7.5.1 鈉離子電池的原理和結(jié)構 251
7.5.2 正極材料 251
7.5.3 負極材料 252
7.5.4 電解質(zhì)材料 254
7.5.5 鈉離子電池的特點及應用 256
習題與思考題 259
第8章 電化學電容器技術 260
8.1 電化學電容器的產(chǎn)生和發(fā)展 260
8.2 電化學電容器的結(jié)構和工作機理 261
8.2.1 電化學電容器的結(jié)構 261
8.2.2 電化學電容器的工作機理 265
8.3 電化學電容器的分類 268
8.3.1 按照工作原理劃分 268
8.3.2 按照電解液類型劃分 270
8.3.3 按照電極構成劃分 271
8.4 雙電層電容器 271
8.4.1 雙電層電容器的性能參數(shù) 272
8.4.2 雙電層電容器的關鍵材料 277
8.4.3 雙電層電容器的應用和發(fā)展 289
8.5 贗電容器 294
8.5.1 導電聚合物 295
8.5.2 過渡金屬氧化物 298
8.5.3 其他贗電容效應 299
8.6 鋰離子電容器 301
8.6.1 預置鋰碳材料//活性炭體系LIC 302
8.6.2 LTO//AC體系鋰離子電容器 303
習題與思考題 305
第9章 燃料電池技術 306
9.1 燃料電池概述 306
9.1.1 燃料電池的分類與工作原理 306
9.1.2 燃料電池的發(fā)展與應用 308
9.2 質(zhì)子交換膜燃料電池 309
9.2.1 電池結(jié)構及工作原理 310
9.2.2 質(zhì)子交換膜 313
9.2.3 電催化劑 315
9.2.4 雙極板 320
9.2.5 膜電極和電堆 323
9.2.6 特點及應用 326
9.3 固體氧化物燃料電池 328
9.3.1 電池結(jié)構及工作原理 329
9.3.2 電解質(zhì)材料 332
9.3.3 催化電極 332
9.3.4 雙極連接材料 334
9.3.5 特點及應用 335
9.4 堿性燃料電池 336
9.4.1 電池結(jié)構及工作原理 337
9.4.2 電解質(zhì)材料和陰離子交換膜 339
9.4.3 催化劑和電極 340
9.4.4 特點及應用 342
習題與思考題 343
第10章 半導體電化學和太陽能電池技術 344
10.1 半導體物理學基礎 344
10.1.1 半導體的能帶理論 344
10.1.2 半導體中的雜質(zhì)與缺陷 345
10.1.3 半導體中的光吸收特性 346
10.1.4 半導體中載流子的分布與傳輸 347
10.2 太陽能電池基礎 350
10.2.1 太陽能電池能量轉(zhuǎn)換原理 350
10.2.2 太陽能電池性能表征 352
10.2.3 影響太陽能電池性能的因素 354
10.3 鈣鈦礦太陽能電池技術 355
10.3.1 鈣鈦礦材料 355
10.3.2 鈣鈦礦薄膜的制備與形貌控制 358
10.3.3 鈣鈦礦太陽能電池的電荷傳輸材料 359
10.3.4 鈣鈦礦太陽能電池的結(jié)構優(yōu)化 361
10.3.5 鈣鈦礦太陽能電池的穩(wěn)定性 362
習題與思考題 364
參考文獻 365