答:⑴ 反应物粒子向电极表面附近迁移―――液相传质步骤。 ⑵ 前置表面转化步骤。 ⑶电子转移步骤或电化学步骤。
⑷随后的表面转化步骤或后置的表面转化步骤。
⑸产物粒子自电极表面向溶液内部或向液态电极内部疏散的单元步骤―――液相传质步骤。
或是:反应产物生成新相如生成气相、固相沉积层等――――新相生成步骤。
2.什么是电化学?电化学反应有何特点?
答:(1)电化学是研究第一类导体与第二类导体的界面及界面上所发生的一切变化的科学。 (2)电化学反应特点:
○1电化学反应是一种特殊的氧化还原反应。特殊性在于氧化、还原两反应在不同的位置上进行,即在不同的界面上发生的,在空间上是分开的。
○2电化学反应是一种特殊的异相催化反应。电化学反应发生在两类导体的界面,固相为电极,电极具备催化性质,但催化性质与电极电势有关。
○3氧化反应和还原反应是等当量进行的,即得电子数与失电子数相同。
○4氧化反应和还原反应互相制约,又各具独特性。制约性体现在两个反应同时进行,且电子得失数相同。独立性体现在两个反应分别在不同位置进行。
3.为什么不能用普通电压表测量电动势?应该怎样测量?
答: 电池与伏特计接通后有电流通过,在电池两极上会发生极化现象,使电极偏离平衡状态。另外,电池本身有内阻,伏特计所量得的
仅是不可逆电池的端电压。因此电池电动势不能直接用伏特表来测定。
利用电位差计可在电池无电流(或极小电流)通过时测得其两极间的电势差,即为该电池的平衡电动势。具体测试方法为:在待测电池上并联一个大小相等,方向相反的外加电势,这样待测电池中就没有电流通过,外加电势差的大小就等于待测电池的电动势。 4.试分析DMFC与PEMFC在结构上的不同之处。
答:(1)由甲醇阳极氧化电化学方程可知,当甲醇阳极氧化时,不但产生H+与电子,而且还产生气体CO2,因此尽管反应物CH30H与H20均为液体,仍要求电极具有憎水孔。而且由水电解工业经验可知,对析气电极,尤其是采用多孔气体扩散电极这类立体电极时,电极构成材料极易在析出的反应气作用下导致脱落、损失,进而影响电池寿命。因此与PEMFC相比,在DMFC阳极结构与制备工艺优化时,必须考虑CO2析出这一特殊因素。
(2)当采用甲醇水溶液作燃料时,由于阳极室充满了液态水,DMFC质子交换膜阳极侧会始终保持在良好的水饱和状态下。但与PEMFC不同的是,当DMFC工作时不管是电迁移还是浓差扩散,水均是由阳极侧迁移至阴极侧,即对以甲醇水溶液为燃料的DMFC,阴极需排出远大于电化学反应生成的水。因此与PEMFC相比,DMFC阴极侧不但排水负荷增大,而且阴极被水掩的情况更严重,在设计DMFC阴极结构与选定制备工艺时必须考虑这一因素。 5.管型SOFC电池组与平板型SOFC电池组相比各有何特点? 答:(1)管型SOFC电池组由一端封闭的管状单电池以串联、并联方式组装而成。
管型SOFC的优点:○1电池间的连接体设在还原气氛一侧,这样可使用廉价的金属材料作电流收集体。○2单电池采用串联、并联方式组合到一起,可以避免当某一单电池损坏时电池组完全失效。用镍
毡将单电池的连接体联结起来,可以减小单电池间的应力。○3电池组相对简单,容易通过电池单元之间并联和串联组成大功率的电池组。4一般在很高的温度下操作,主要用于固定电站,高温○
采用管型结构。
管式SOFC的缺点:电流通过的路径较长,限制了SOFC的性能。
(2)平板型SOFC的空气电极/YSZ固体电解质/燃料电极烧结成一体,组成“三合一”结构。
平板型SOFC的优点:“三合一”组件制备工艺简单,造价低,电流收集均匀,流经路径短,使平板型电池的输出功率密度较管式高。
平板型SOFC的缺点:密封困难、抗热循环性能差、难以组装成大功率电池组。
6.PEMFC有哪些主要特点和用途?其主要应用领域有哪些? 答:(1)特点:除了具有FC的一般优点外,PEMFC还具有:室温下快速启动;无电解质液流失;比功率和比能量高;寿命长。 (2)用途:可用于分散电站,移动电源,是电动车、移动通讯和潜艇等的理想电源,也是最佳的家庭动力源。
(3)PEMFC的主要应用领域可分为以下三大类: 1)用作便携电源、小型移动电源,适用于军事、通讯、计算机等2)用作交通工具动力,如摩托车、汽车、火车、船舶等3)用作分散型电站,适于用作海岛、山区、边远地区或新开发地区电站。
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SOFC一般
II胡友根老师重点
一、四种电池的比较:
(一)种类:铅酸蓄电池、镍镉电池、金属氢化物镍电池、锂离子电池
(二)优缺点: 1.铅酸蓄电池:
(1)优点:① 原材料易得且价格低廉;② 高倍率放电性能性能良好;③ 高低温性能良好,可在-40~60℃的环境下工作;④ 适合与浮充使用,使用寿命长无记忆效应;⑤ 废电池容易回收,发达国家铅的回收率高达96%。
(2)缺点:① 比能量低,仅为30~40Wh/kg;② 使用寿命没有镉镍电池和锂离子电池长;③ 制造过程易污染环境,需配三废处理设备 。 2.镍镉电池:
(1)优点:使用寿命长,蓄电池自放电小。使用温度范围广,耐过充过放,放电电压平稳,机械性能好。
(2)缺点:活性物质利用率低,成本较高,负极镉有毒,电池长期浅充放循环时有记忆效应。 3.金属氢化物镍电池
(1)优点:能量密度高,可大电流快速充放电,环境相容性好 (2)缺点:自放电较大,寿命比镍镉电池稍差。 4.锂离子电池
(1)优点:工作电压高,高比能量,长循环寿命,较宽的工作温度范围,高可靠性
(2)缺点:电池制造成本高,不能大电流放电。 (三)正负极材料
1.铅酸蓄电池:正极为二氧化铅,负极为海绵状金属铅;电解液为稀硫酸水溶液;标称电压为2V
2.镍镉电池:正极为镍的氧化物,负极为海绵状金属镉;电解质为氢氧化钾溶液;标称电压为1.2V。
3.金属氢化物镍电池:正极为氧化镍,负极为金属氢化物;电解液为氢氧化钾溶液;标称电压1.2-1.3V
4.锂离子电池:正极为含锂的化合物,负极为碳素材料;电解液为非水溶剂;单电池电压为3.6V (四)成流反应(工作原理) 1.铅酸蓄电池:
2.镍镉电池:
3.金属氢化物镍电池: