可逆电池电动势計算方法的商榷

計算可逆电池的电动势常有三种方法,卽E==E_左—Z_右,E=_右—E_左和E=E_1十E_2。上述三式都用Ef表示电极电位,并假定液体接界电位和金属接触电位巳被消除忽略不計,电池电动势就等于两极电位差或代数和。根据这三种方法算出同一可逆电池齣电动势数值都是相等的,但同一个电极电位常有正負号相反絕对值相同。所以产生三种算法,只由于人     

热力学方法计算5-羟甲基糠醛电氧化的可逆电池电动势

电化学热力学建立了可逆电池电动势与相应电池反应热力学函数间的关系。电化学氧化5-羟甲基糠醛(5-HMF)制备2,5-呋喃二甲酸(FDCA)可以取代传统聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)路线制备生物衍生塑料,但是该反应的标准电动势和各分步反应的标准可逆电极电势尚无精确的实验数据可用。本文通过查阅文献中的热力学数据推算了该数据,确证了从热力学和动力学2个方面看HMF的电氧化反应比水的电氧化反应都优先,而且HMF的电化学氧化在强碱性溶液中更易进行。将本文内容作为综合习题引入电化学热力学教学,加深了学生对物理化学各部分之间关系的理解,提升了其综合应用物理化学知识解决实际问题的能力。     

Daniell电池的电池反应可逆吗?

现行大多数物化教材,都将Daniell电池 (一) Zn|ZnSO_4(aq)(?)CuSO_4(aq)|Cu(+)作为典型的可逆电池描述,认为其放、充电反应是可逆的。而笔者认为该电池应是不可逆的,因其除有液接面“(?)”外,更主要的是微量电流通过时放、充电反应是不可逆的。按可逆电池的条件,通过整个回路的电流必须是无限小量或微量的,以保证各种电化学过     

物理化学实验项目改进创新——以“原电池电动势的测定及在热力学上的应用”为例

通过分析电化学法测量化学反应热力学函数变化值实验中测定结果与预期结果偏差大、实验数据重现性差的原因,结合教学实践,采用循环水恒温电动势测定装置,测量锌-铜电池在不同温度下的电动势,进而推导反应热力学函数变化值,以提高教学的实效性,促进学生设计能力和创新能力的发展。     

NaF-M(M=Fe,Cu)钠离子电池转换正极材料的研究

以纳米TiN为研磨剂,采用机械球磨技术制备了NaF-M（M = Fe, Cu）纳米复合物,探索了这类复合物作为钠离子电池转换正极材料的可能性. 电化学测试表明,NaF-Fe和NaF-Cu纳米复合物电极在钠离子电解液中能实现与Na⁺的逆向转换反应,其可逆放电容量达150 mAh.g^-1以上,并具有较好的循环寿命. 只要创造了适合相转变反应进行的微区结构,钠离子的转换反应也可以通过可逆的电化学转换反应实现,并从起始的富钠放电态直接充电至贫钠的荷电态. 本工作为开发高容量钠离子电池正极材料提供了新途径.     

锂-硫化铜电池及其阴极行为的研究

本文研究了Li/CuS电池的一般放电行为,着重探讨了阴极放电反应,根据电池温度系数,X射线衍射试验,电池电动势与放电深度等试验数据,认为电池的阴极反应是锂在正极上进行电化学嵌入反应,从硫化铜阴极的循环伏安试来看,Li/CuS电池有可能成为二次电池.     

氢溴储能电池结构的优化和运行条件对电池性能的影响

研究了氢溴电池的电池结构、正极氢溴酸和溴电解质浓度、负极的氢气压力、质子交换膜厚度对氢溴电池的性能和电池效率的影响。对氢溴电池结构进行改进,单电池实现了200 mA·cm^-2电流密度恒流充放电,电池库伦效率100%。溴电极电化学反应受浓差极化控制,提高氢溴酸浓度,电池充电性能提高,同时,溴在氢溴酸的溶解度增大,电池放电性能也提高,氢溴酸浓度由0.5 mol·L^-1提高至1 mol·L^-1,电流密度200 mA·cm^-2,电池的能量效率和电压效率提高27.9%。氢溴电池充电过程,降低电池负极氢出压力,有利于提高充电性能,但膜透酸严重,放电过程中最佳的氢出压力是维持氢在碳纸憎水催化层的单层吸附,充放电过程氢出压力均为40.0 kPa,电池的能量效率80.2%。膜厚度与膜电阻极化和膜透酸密切相关,充电过程,膜由50.0 μm降至15.0 μm,膜透酸严重,负极电化学活性比表面积下降,电池充电性能降低。膜厚度对放电性能的影响还与电流密度有关,电流密度较低时,膜透酸造成负极电化学比表面积下降居主导地位,50.0 μm Nafion膜放电性能更高;电流密度超过200 mA·cm^-2时,膜电阻极化居主导电位,15.0 μm Nafion膜性能更高。采用20.0 μm质子交换膜,在200 mA·cm^-2电流密度循环充放电五次,电池的能量效率和电压效率达到85.3%,库伦效率100%。     

石墨/LiCoO_2电池充放电过程电极活性材料结构演变研究

利用X射线衍射分析(XRD)详细地研究了石墨/LiCoO2体系18650型锂离子电池充放电过程中正负极活性材料的晶体结构和微结构的变化.结果发现,在电池充电过程中,锂嵌入石墨层中,优先进入碳原子六方网格面间的间隙位置,导致石墨的点阵参数a和c,以及微应变ε增加和堆垛无序度P的变化,电池充电至20%后负极中形成Li-C化合物;电池充电时,正极LiCoO2中处于(000)位的Li原子优先脱离晶体点阵,随着正极材料脱锂量的增大,其晶格参数a减小,c增大,微应变ε也随之增加.LiCoO2在整个充电和放电过程中均未发生相变.最后,讨论了锂离子电池的导电机制.发现,充电时,锂离子的迁移从负极-电解液界面开始;放电时,其迁移从正极-电解液界面开始;在充放电过程中,正负极活性材料的嵌脱锂都有一个从活性材料颗粒表面到内层的过程.电池的充放电过程不完全可逆.     

关于Nernst方程的几点讨论

Nernst方程是可逆电池热力学的基础,是电化学中最重要公式的之一。然而,目前物理化学教材中关于Nernst方程的内容较为简单,仅强调其适用于可逆状态,而未对使用条件作深入讨论,学生在使用时易产生错误。本文从Nernst方程的提出与发展、推导方法、使用条件、应用及其背后的科学遗产等方面展开讨论。本论文可为相关教学提供一定参考。     

广义酸碱体系电极电势的设计和应用

根据路易斯酸碱理论,把任何广义的酸碱反应,设计出一定形式的可逆电池,计算电池电动势,可以判断酸碱加合反应的方向,生成的加合物的稳定性,以及广义酸碱的酸碱性强弱等性质。     

SmO对氢镍电池镍电极性能的影响

通过对模拟电池进行恒流充放电、交流阻抗等测试和析气实验,研究了在亚镍中掺杂氧化钐SmO对镍电极电化学性能的影响。结果表明,掺杂氧化钐SmO的质量分数在1.0%时,镍电极的电化学阻抗变小,提高了镍电极电化学活性、高温性能与充电效率,能够有效抑制充电过程中氧的产生,在室温条件下以0.2C充放电时,掺杂SmO镍电极的放电比容量为138.04 mAh.g-1,比空白镍电极提高了23.01%;50℃下1C充放电时,放电比容量为90.313 mAh.g-1,较未添加氧化钐提高8.69%。     

超级电容电池

本文比较了超级电容器、锂离子电池和超级电容电池的结构、原理、研究现状和发展前景。超级电容电池的正极具有超级电容器电极的结构和双电层储能机制,负极具有类似锂离子电池负极的结构和快速电化学储能机制。超级电容器和锂离子电池的发展空间都很有限,而作为两者结合的产物的超级电容电池可兼具高比功率、高比能量、高放电电压和长循环寿命的优点,是未来储能电池的发展方向之一,但还面临缺乏具有高分解电压的电解液和高充电电压下电解液中离子枯竭的问题。     

超级电容电池

本文比较了超级电容器、锂离子电池和超级电容电池的结构、原理、研究现状和发展前景。超级电容电池的正极具有超级电容器电极的结构和双电层储能机制,负极具有类似锂离子电池负极的结构和快速电化学储能机制。超级电容器和锂离子电池的发展空间都很有限,而作为两者结合的产物的超级电容电池可兼具高比功率、高比能量、高放电电压和长循环寿命的优点,是未来储能电池的发展方向之一,但还面临缺乏具有高分解电压的电解液和高充电电压下电解液中离子枯竭的问题。     

关于钒电池中支路电流(shunt current)的计算

本文针对双极堆式的全钒氧化还原液流电池中,因电极1框结构所导致液流过程中存在的支路电流(shunt current)进行分析,提出了支路电流的计算方法并对5组单电池组成的电池组进行了理论计算,并探讨了支路电流对电池性能的可能影响.结果表明:1)支路电流的大小与电池位置密切相关,支路电流呈对称分布,电液通道中电流越接近电堆中心越小.主路电流充电时越靠近电池中心越小,放电时越靠近电池中心越大.2)充电时,电液通道中的支路电流会对接触溶液的双极板产生腐蚀;放电时,过大的支路电流会降低电池的电压、库仑及能量效率.     

非水溶剂锂-空气电池中的氧气电极反应

基于锂-氧气反应的锂-空气电池在所有的锂电池体系中具有最大的理论容量和能量密度,认识锂-空气电池中的氧气电极反应对锂-空气电池的研发具有指导意义.本文以金电极/乙腈电解液为模型体系,介绍了锂-空气电池在放电和充电过程中的氧气电极反应机理.电池放电时,氧气还原成超氧自由基,超氧自由基与锂离子结合生成不稳定的超氧化锂;通过歧化反应,超氧化锂生成放电反应最终产物过氧化锂.电池充电时,过氧化锂通过一步两电子直接氧化生成氧气,不经过超氧化锂中间态.在阐述氧气电极反应机理的同时,还对研究氧气反应的各种电化学方法作了介绍.     

关于钒电池中支路电流（shunt current）的计算

本文针对双极堆式的全钒氧化还原液流电池中，因电极框结构所导致液流过程中存在的支路电流（shunt current）进行分析，提出了支路电流的计算方法并对5组单电池组成的电池组进行了理论计算，并探讨了支路电流对电池性能的可能影响。结果表明：1）支路电流的大小与电池位置密切相关，支路电流呈对称分布，电液通道中电流越接近电堆中心越小。主路电流充电时越靠近电池中心越小，放电时越靠近电池中心越大。2）充电时，电液通道中的支路电流会对接触溶液的双极板产生腐蚀；放电时，过大的支路电流会降低电池的电压、库仑及能量效率。     

电化学上的符号问题

电化学分两部分,电解质溶液电导与电池电动势。电化学上的符号问题发生在电池电动势这一部分,电解质溶液电导部分不存在这个问题。电化学上的符号问题是个历史性的问题,同时也是个比较混乱的问题。究竟混乱在那里,什么原因造成的,有无办法来克服,倒是值得研究的一个问题。     

基于废旧锂电池回收制备LixMO (x=0.79, 0.30, 0.08; M=Ni/Co/Mn)材料作为锂-氧气电池正极催化剂的电化学性能研究

锂-氧气电池因其超高的理论比容量而受到科研界的广泛关注, 但其存在较为严重的充放电极化和较差的循环稳定性等问题, 从而极大地限制其商业化进程. 因此设计出有效的正极催化剂是解决锂-氧气电池面临的这些棘手问题的必要手段. 通过对不同充电状态的废旧锂电池正极进行回收制得三种不同锂含量的多元金属氧化物Li_xMO (x=0.79, 0.30, 0.08; M=Ni/Co/Mn), 并分别用作锂-氧气电池正极催化剂. 系统研究了Li_xMO材料中锂含量及晶体结构对其电化学性能的影响. 电化学测试结果表明, 与Li_0.79MO和Li_0.08MO催化剂相比, 基于Li_0.30MO为正极催化剂的锂-氧气电池在电流密度100 mA•g^–1和限定容量800 mAh•g^–1的条件下具有较高的放电比容量(14655.9 mAh•g^–1)、较低的充电电压(3.83 V)和较高的能量转换效率(72.2%). 而且该电池体系在充放电循环140圈后充电终止电压仍低于4.3 V. 最终认为制得的Li_0.30MO材料具有优异的催化性能归因于其稳定的层状-岩盐相复合结构以及结构中富含的氧化镍相和氧空位之间的协同作用. 这些优点能够促进放电产物的可逆形成与分解, 从而提高锂-氧气电池循环性能.     

镁二次电池材料的国内外研究现状

综述了镁二次电池材料的国内外研究现状.从Mg电极在不同的电解质溶液中的电化学行为来看,除了获得一致好评的电解质Mg(AlCl2BuEt)2/THF外,国内研究了Mg(SnPh3)2/THF的性能,又尝试了复合电解质(PP13-TFSI)和(BMIMBF4)的混合,都很好得获得可逆的Mg的沉积和溶解.目前,国内、外对镁电池用的聚合物电解质(GPE)有了进一步的研究.利用PNA(聚丙烯腈)、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、PVDF(聚偏氟乙烯)和PC、EC、MgTr混合制备了GPE,同时日本合成的(PEO-PMA)-(EC-DMC)/Mg[(CF3SO2)2N]2(x-y)和PEO-PMA)-a mol%Mg(TFSI)2/EMITFSI(x-y),和韩国合成的P(VdF-co-HFP)其电导都大于10-4S·cm-1.虽然组装电池的循环性能不是很理想,但说明了GPE同样可以应用在镁电池中.从Mg正极材料的报道来看,目前大部分工作都是在开发钠米管、层状和复合材料.比如VOx/钛酸盐纳米棒、VXG/PANI复合物、VOx/PANI NCs、Cu0.1-doped VOx-NTs等,都有很好的首次放电比能量,循环性能不好的主要原因是镁负极钝化.上海交通大学尝试研究把的导电含硫材料/聚苯胺复合物做为正极材料,并组装成钮扣电池,其采用的电解质为0.25 M的Mg(AlCl2BuEt)2/THF.该钮扣电池多次循环之后放电比能量也可以达到72.7mAh/g,和锂离子电池相比,该复合物显示了较慢的Mg插入速率和较低的放电比容量,但实验结果已足够说明了导电含硫材料/聚苯胺复合物做为镁二次电池正极材料的可行性.目前紧迫的任务是,开发新型的正、负极材料,降低镁钝化电解质,开发新的负极材料,比如嵌入式的或合金负极材料.研究结果表明镁二次电池有着非常好的开发前景.     

Li/CDMO电池及其放电机理研究

研究了Li/CDMO电池的放电反应机理、XRD、XPS等实验结果表明, 电池反应是锂在正极内的电化学嵌入反应。用恒电流间隙滴定法(GITT)测得锂在正极中的扩散速率为10^-9cm^2.s^-1量级, 与锂在层状化合物中的扩散速率相当, 结合Li/CDMO电池的热力学行为, Li/CDMO电池的放电反应历程是锂首先客居于层状结构的Li~2MnO~3中, 然后再通过热弛豫进入γ-β-MnO~2的晶格。