目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 電化學(xué)的概念 1
1.1.1 什么是電化學(xué) 1
1.1.2 電化學(xué)反應(yīng)的特點(diǎn) 1
1.1.3 電化學(xué)反應(yīng)體系 3
1.1.4 電化學(xué)的研究范疇 3
1.2 電化學(xué)的發(fā)展歷史 4
1.3 電化學(xué)主要應(yīng)用領(lǐng)域 5
1.3.1 經(jīng)典應(yīng)用領(lǐng)域 6
1.3.2 代表性的新領(lǐng)域 7
1.4 電化學(xué)學(xué)科的發(fā)展趨勢(shì) 10
習(xí)題與思考題 11
第2章 電解質(zhì)溶液基礎(chǔ) 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(qiáng)度 15
2.3 電解質(zhì)溶液的離子相互作用理論 16
2.3.1 強(qiáng)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(gòu) 23
2.4.2 離子水化數(shù) 24
2.4.3 溶劑化作用對(duì)離子平均活度系數(shù)的影響 25
2.5 電解質(zhì)溶液的動(dòng)態(tài)性質(zhì) 27
2.5.1 電導(dǎo)、離子淌度和遷移數(shù) 27
2.5.2 電解質(zhì)溶液電導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 29
2.5.3 強(qiáng)電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)理論 32
2.5.4 異常電導(dǎo)現(xiàn)象 33
2.5.5 電解質(zhì)溶液的擴(kuò)散現(xiàn)象 34
2.5.6 擴(kuò)散系數(shù)、離子淌度和摩爾電導(dǎo)之間的關(guān)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(dǎo)率 38
2.7 電解質(zhì)溶液對(duì)可充電電池的性能影響—實(shí)例分析 38
2.7.1 通過(guò)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(guò)在電解質(zhì)中摻入添加劑調(diào)控改善電池性能 40
習(xí)題與思考題 41
第3章 電化學(xué)熱力學(xué)與電極/溶液界面性質(zhì) 43
3.1 電動(dòng)勢(shì)形成的機(jī)理和電極電勢(shì)的性質(zhì) 43
3.1.1 電勢(shì)與電化學(xué)勢(shì) 43
3.1.2 相間電勢(shì)差與電動(dòng)勢(shì)的組成 44
3.1.3 電極/溶液界面產(chǎn)生相間電勢(shì)差的原因 45
3.1.4 液體接界電勢(shì) 46
3.2 可逆電池的概念 48
3.2.1 可逆電池應(yīng)具備的條件 48
3.2.2 可逆電池電動(dòng)勢(shì)的符號(hào)與電池的書寫規(guī)則 49
3.3 可逆電池?zé)崃�學(xué) 50
3.3.1 電池電動(dòng)勢(shì)和熱力學(xué)平衡常數(shù)之間的關(guān)聯(lián) 50
3.3.2 電動(dòng)勢(shì)和溫度系數(shù)與其反應(yīng)的ΔH和ΔS之間的關(guān)聯(lián) 50
3.4 平衡電極電勢(shì)與可逆電極 51
3.4.1 標(biāo)準(zhǔn)電極與標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì) 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(xué)序列 54
3.4.4 非水溶劑的參比電極及工作的電勢(shì)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(xué)電池 59
3.6 不可逆電極 60
3.6.1 不可逆電極及其電勢(shì) 60
3.6.2 不可逆電極類型 62
3.6.3 可逆電極電勢(shì)與不可逆電極電勢(shì)的判別 63
3.7 φ-pH圖及其應(yīng)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(shì) 78
3.9 雙電層結(jié)構(gòu)模型簡(jiǎn)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(gòu)理論的發(fā)展 85
3.9.5 新型電化學(xué)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(wú)機(jī)陰離子的吸附 91
3.10.2 無(wú)機(jī)陽(yáng)離子的吸附 93
3.10.3 有機(jī)分子（或有機(jī)離子）的吸附 93
習(xí)題與思考題 97
第4章 電極過(guò)程動(dòng)力學(xué)及幾種重要的電極過(guò)程 101
4.1 電化學(xué)動(dòng)力學(xué)理論基礎(chǔ) 101
4.2 電極過(guò)程的Butler-Volmer模型 104
4.2.1 電極反應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)速率常數(shù) 108
4.2.4 交換電流密度 110
4.3 單電子反應(yīng)的電化學(xué)極化 111
4.3.1 電化學(xué)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(yīng)用 114
4.4 多電子反應(yīng)的電極動(dòng)力學(xué) 115
4.4.1 多電子反應(yīng)中決速步驟的計(jì)算數(shù) 116
4.4.2 多電子反應(yīng)的電化學(xué)極化 117
4.4.3 多電子反應(yīng)的Butler-Volmer公式 119
4.5 幾種重要的電極過(guò)程 120
4.5.1 電極過(guò)程與電極反應(yīng) 120
4.5.2 電極反應(yīng)的特點(diǎn)與種類 124
4.5.3 電極過(guò)程的決速步驟 127
4.5.4 鋰離子電池的電極過(guò)程與特點(diǎn) 128
習(xí)題與思考題 130
第5章 電化學(xué)研究方法 132
5.1 電化學(xué)測(cè)量?jī)x器 132
5.1.1 電化學(xué)測(cè)量?jī)x器涉及的基本電路 132
5.1.2 恒電勢(shì)儀和恒電流儀 135
5.1.3 電化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作 138
5.2 電化學(xué)等效電路 139
5.2.1 等效電路模型的建立 140
5.2.2 電化學(xué)反應(yīng)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(cè)試與分析 145
5.3.1 循環(huán)伏安法 145
5.3.2 可逆、準(zhǔn)可逆與不可逆電化學(xué)體系的電流-電勢(shì)曲線 147
5.3.3 循環(huán)伏安法在鋰離子電池研究中的應(yīng)用 149
5.4 電化學(xué)阻抗譜技術(shù) 151
5.4.1 復(fù)數(shù)和復(fù)數(shù)運(yùn)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(xué)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(xí)題與思考題 166
第6章 化學(xué)電源概述與鋰離子電池技術(shù) 169
6.1 化學(xué)電源概述 169
6.1.1 化學(xué)電源的產(chǎn)生和發(fā)展 169
6.1.2 化學(xué)電源的組成及作用 170
6.1.3 化學(xué)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(jiǎn)介 181
6.2.2 鋰離子電池的設(shè)計(jì) 184
6.2.3 鋰離子電池的關(guān)鍵材料 187
6.3 鋰離子電池相關(guān)儲(chǔ)能技術(shù) 209
6.3.1 儲(chǔ)能技術(shù)的分類與發(fā)展程度 209
6.3.2 儲(chǔ)能技術(shù)的重要性及相關(guān)應(yīng)用 210
6.3.3 鋰離子電池在儲(chǔ)能技術(shù)中的應(yīng)用 214
6.4 鋰離子電池技術(shù)的發(fā)展方向和展望 218
習(xí)題與思考題 221
第7章 新型電池技術(shù) 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(gòu) 224
7.2.2 正極材料 225
7.2.3 鋰負(fù)極設(shè)計(jì) 228
7.2.4 電解質(zhì)材料 229
7.2.5 鋰硫電池的特點(diǎn)及應(yīng)用 231
7.3 鋰氧電池 233
7.3.1 鋰氧電池的原理和結(jié)構(gòu) 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(fù)極的保護(hù) 239
7.3.5 鋰氧電池的特點(diǎn)及應(yīng)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(gòu) 242
7.4.2 正極材料 244
7.4.3 鋅負(fù)極設(shè)計(jì) 246
7.4.4 電解質(zhì)材料 247
7.4.5 鋅-空氣電池的特點(diǎn)及應(yīng)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(gòu) 251
7.5.2 正極材料 251
7.5.3 負(fù)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(diǎn)及應(yīng)用 256
習(xí)題與思考題 259
第8章 電化學(xué)電容器技術(shù) 260
8.1 電化學(xué)電容器的產(chǎn)生和發(fā)展 260
8.2 電化學(xué)電容器的結(jié)構(gòu)和工作機(jī)理 261
8.2.1 電化學(xué)電容器的結(jié)構(gòu) 261
8.2.2 電化學(xué)電容器的工作機(jī)理 265
8.3 電化學(xué)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(gòu)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(guān)鍵材料 277
8.4.3 雙電層電容器的應(yīng)用和發(fā)展 289
8.5 贗電容器 294
8.5.1 導(dǎo)電聚合物 295
8.5.2 過(guò)渡金屬氧化物 298
8.5.3 其他贗電容效應(yīng) 299
8.6 鋰離子電容器 301
8.6.1 預(yù)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(xí)題與思考題 305
第9章 燃料電池技術(shù) 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(yīng)用 308
9.2 質(zhì)子交換膜燃料電池 309
9.2.1 電池結(jié)構(gòu)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(diǎn)及應(yīng)用 326
9.3 固體氧化物燃料電池 328
9.3.1 電池結(jié)構(gòu)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(diǎn)及應(yīng)用 335
9.4 堿性燃料電池 336
9.4.1 電池結(jié)構(gòu)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(diǎn)及應(yīng)用 342
習(xí)題與思考題 343
第10章 半導(dǎo)體電化學(xué)和太陽(yáng)能電池技術(shù) 344
10.1 半導(dǎo)體物理學(xué)基礎(chǔ) 344
10.1.1 半導(dǎo)體的能帶理論 344
10.1.2 半導(dǎo)體中的雜質(zhì)與缺陷 345
10.1.3 半導(dǎo)體中的光吸收特性 346
10.1.4 半導(dǎo)體中載流子的分布與傳輸 347
10.2 太陽(yáng)能電池基礎(chǔ) 350
10.2.1 太陽(yáng)能電池能量轉(zhuǎn)換原理 350
10.2.2 太陽(yáng)能電池性能表征 352
10.2.3 影響太陽(yáng)能電池性能的因素 354
10.3 鈣鈦礦太陽(yáng)能電池技術(shù) 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(yáng)能電池的電荷傳輸材料 359
10.3.4 鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)優(yōu)化 361
10.3.5 鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的穩(wěn)定性 362
習(xí)題與思考題 364
參考文獻(xiàn) 365