電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存與轉(zhuǎn)換

1、電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存與轉(zhuǎn)換電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存與轉(zhuǎn)換楊楊 軍軍化學(xué)化工學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院建工樓建工樓415室室Tel. 54747667構(gòu)成客觀世界的三大要素：物質(zhì)、能量、信息（生物中存在）構(gòu)成客觀世界的三大要素：物質(zhì)、能量、信息（生物中存在）一、有關(guān)能源和能量的基本概念一、有關(guān)能源和能量的基本概念能量物理學(xué)定義：做功的本領(lǐng)。廣義地說，能量是產(chǎn)生某種效果（變化）的能力。包括：機(jī)械能、熱能、電能、輻射能（光能）、化學(xué)能、核能、相變能能源能直接或間接地形成或產(chǎn)生某種能量的自然資源（1）地球本身蘊(yùn)藏的能源：如核能、地?zé)崮?；?）來自地球以外的能源：宇宙射線，太陽能，太陽能引起的水能、風(fēng)能、波浪能、生物質(zhì)能、化石燃

2、料（如煤、石油、天然氣等，億年前的太陽能產(chǎn)生的）（3）地球與其它天體相互作用的能源：如潮汐能。使車輛行使，馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng) 等等動(dòng)力能源的另一種分類：能源的另一種分類：（1）一次能源即可供直接利用的天然能源，如煤、石油、風(fēng)能、水能等。其中，煤、石油，天然氣、核燃料是非再生能源，而太陽能、水能和風(fēng)能等是可再生能源。（2）二次能源由一次能源直接或間接轉(zhuǎn)換而來的能源，如電、蒸氣、焦炭、煤氣、氫、活潑金屬等。能量不僅有“量”的多少，還有“質(zhì)”的高低。物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)多種多樣，但就其形態(tài)而論只有有序和無序兩大類，有序運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)的能量叫有序能，無序運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)的能量叫無序能。例如，一切宏觀整體運(yùn)動(dòng)的能量（包括機(jī)械能）或大量電

3、子定向運(yùn)動(dòng)的電能是有序能，物質(zhì)內(nèi)部分子雜亂無章的熱運(yùn)動(dòng)則是無序能。 不同的能量形態(tài)之間可以相互轉(zhuǎn)換：化學(xué)能熱能機(jī)械能 電能能量在空間和時(shí)間上的轉(zhuǎn)換：能量的傳輸和儲(chǔ)存能量轉(zhuǎn)換的基本規(guī)律：能量守恒定量：輸入輸出儲(chǔ)存有序能有序能高品質(zhì)能高品質(zhì)能無序能無序能低品質(zhì)能低品質(zhì)能完全轉(zhuǎn)換完全轉(zhuǎn)換不完全轉(zhuǎn)換不完全轉(zhuǎn)換能量的基本性質(zhì)能量的基本性質(zhì)能源更迭與社會(huì)發(fā)展能源更迭與社會(huì)發(fā)展人類社會(huì)已經(jīng)經(jīng)歷了三個(gè)能源時(shí)代：柴火時(shí)期：柴火時(shí)期：生物質(zhì)燃料為主要能源的“火”時(shí)代；煤炭時(shí)期：煤炭時(shí)期：18世紀(jì)誕生蒸汽機(jī)，引起動(dòng)力和產(chǎn)業(yè)革命，19世紀(jì)末，電力全面推廣，電動(dòng)機(jī)代替蒸汽機(jī)；石油時(shí)期：石油時(shí)期：20世紀(jì)中葉，石油和天然

4、氣資源發(fā)展，內(nèi)燃機(jī)和燃油發(fā)動(dòng)機(jī)大量用于交通工具（汽車、飛機(jī)等）進(jìn)入21世紀(jì)，可再生能、核能將成為世界能源的主角，清潔能源時(shí)代清潔能源時(shí)代來臨。可充電電池和燃料電池將大規(guī)模用于可移動(dòng)裝置（如電動(dòng)自行車、電動(dòng)汽車）。 2003年消耗約2.67億噸石油，世界第二，約40依賴進(jìn)口；目前已經(jīng)達(dá)到55。2000年煤炭消耗13億噸標(biāo)煤，2008年達(dá)到28億噸，連續(xù)保持世界第一。煤炭占能源總消費(fèi)比例高達(dá)70%。 由于煤炭的能量密度和能量品質(zhì)較低，給環(huán)境和運(yùn)輸造成巨大壓力。目前，我國(guó)CO2的年排放總量在世界排行第一。由于汽車的保有量快速增加，CO2排放有進(jìn)一步增加的趨勢(shì)。能源利用率低，GDP占全球的6%，但耗煤

5、31%，油大于8%。美國(guó)和日本的人均GDP能耗僅為我國(guó)的0.19倍和0.12倍。提高能源利用率關(guān)鍵是要改善能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)和能源的高效利用。 低碳生活低碳生活是人類發(fā)展和現(xiàn)代文明的要求。包括三個(gè)方面：節(jié)能提效，使用新能源，化石能源潔凈化（減排）。 國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)電能電能化學(xué)能化學(xué)能光能光能光合作用光合作用生物質(zhì)能，生物質(zhì)能，光解制氫光解制氫太陽能電池太陽能電池電池充電，材料制備電池充電，材料制備電池放電電池放電光電化學(xué)光電化學(xué)電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存與轉(zhuǎn)換的基本模式電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存與轉(zhuǎn)換的基本模式二、電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存與轉(zhuǎn)換概要二、電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存與轉(zhuǎn)換概要H2O2hvFuel cellPho

6、tosensitive catalystElectric power output電化學(xué)技術(shù)用于電化學(xué)技術(shù)用于可再生能的儲(chǔ)存可再生能的儲(chǔ)存與轉(zhuǎn)換與轉(zhuǎn)換Towards Artificial Leaves for Solar Hydrogen and Fuels from Carbon DioxideSamir Bensaid, et al. CHEMSUSCHEM, 2012, 5, 500-521電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存與轉(zhuǎn)換裝置電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存與轉(zhuǎn)換裝置電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存與轉(zhuǎn)換的主要方式：1、一次電池：化學(xué)能 電能2、二次電池：化學(xué)能 電能3、超級(jí)電容器：電極/電解質(zhì)界面靜電感應(yīng)雙電層充放電4、燃料電池（特

7、殊一次電池）5、光電化學(xué)電池：（1）染料敏化太陽能電池（太陽能 電能）（2）可再生燃料電池（太陽能電能化學(xué)能電能） 電化學(xué)反應(yīng)與一般氧化還原反應(yīng)的區(qū)別電化學(xué)反應(yīng)與一般氧化還原反應(yīng)的區(qū)別 氧化還原反應(yīng)：熱能的吸收或釋放， 可以獲得無序的熱能：2H2 + O2 2H2O, -G = 237.2 KJ/mol一般熱機(jī)發(fā)電效率：大多不超過40 燃料電池反應(yīng)：化學(xué)能直接變成有序的電能，60或更高效率！應(yīng)用電化學(xué)的發(fā)展概況：應(yīng)用電化學(xué)的發(fā)展概況：1799年 Volta 發(fā)明“伏特電堆”1807年Davy用電解法得到鈉和鉀1859年P(guān)lanet 發(fā)明鉛酸電池1868年G.Lec Lanche研制出鋅錳干電池

8、1899年發(fā)明Ni-Cd電池，1951年Ni-Cd電池密封化1911年我國(guó)生產(chǎn)干電池和鉛酸蓄電池（上海交通部電池廠） 1929年創(chuàng)建了上海天原化工廠,它是中國(guó)最早的氯堿工業(yè) 20世紀(jì)50年代Bacon在燃料電池方面進(jìn)行了先驅(qū)性工作（其概念最早由William Grove于1839年提出）1990年Sony首次大規(guī)模推出鋰離子電池1991年M. Gratzel提出染料敏化太陽能電池早期的電化學(xué)能量轉(zhuǎn)換裝置早期的電化學(xué)能量轉(zhuǎn)換裝置1836年，英國(guó)的丹尼爾對(duì)“伏特電堆”進(jìn)行了改良。不是最早的鹽水溶液，而用稀硫酸稀硫酸作電解液，解決了電池極化問題，制造出能保持平穩(wěn)電流的鋅銅電池，又稱“丹尼爾電池”。丹

9、尼爾電池最早用于電報(bào)機(jī)。（1831年英國(guó)的物理學(xué)家、化學(xué)家邁克爾法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象，數(shù)十年后發(fā)電機(jī)大規(guī)模發(fā)電） 化學(xué)電源的應(yīng)用化學(xué)電源的應(yīng)用-可移動(dòng)電源可移動(dòng)電源便攜式電器：收錄機(jī)；智能卡；計(jì)算器；手機(jī)；電腦軍用裝置：通訊；導(dǎo)彈；智能化步兵.航天航空：人造衛(wèi)星，飛船.醫(yī)用：心臟起搏器，助聽器，備用電源交通：汽車照明、起動(dòng)；（混合）電動(dòng)車能量?jī)?chǔ)存：供電平衡、可再生能的儲(chǔ)存化學(xué)電源應(yīng)用的實(shí)例化學(xué)電源應(yīng)用的實(shí)例世界上第一輛電動(dòng)汽車于世界上第一輛電動(dòng)汽車于18811881年誕生，發(fā)明年誕生，發(fā)明人為法國(guó)工程師古斯塔夫人為法國(guó)工程師古斯塔夫特魯夫，這是一輛特魯夫，這是一輛用鉛酸電池為動(dòng)力的三輪車。用

10、鉛酸電池為動(dòng)力的三輪車。18861886年被視為年被視為燃油發(fā)動(dòng)機(jī)汽車的誕生日奔馳燃油發(fā)動(dòng)機(jī)汽車的誕生日奔馳1 1號(hào)號(hào) 。 2007年9月24日上午，位于上海老城廂老西門的11路超級(jí)電容公交車示范線運(yùn)行。 便攜式燃料電池的潛在應(yīng)用主要為接近常溫操作（4560）的質(zhì)子交換膜燃料電池二次電池應(yīng)用二次電池應(yīng)用二、電化學(xué)基礎(chǔ)二、電化學(xué)基礎(chǔ)1、電解質(zhì)、電解質(zhì)化學(xué)電源對(duì)電解質(zhì)的基本要求：化學(xué)電源對(duì)電解質(zhì)的基本要求： 離子導(dǎo)電，電子絕緣 高的離子電導(dǎo)率，寬的電化學(xué)穩(wěn)定窗口電解質(zhì)體系分類電解質(zhì)體系分類：按物理狀態(tài)區(qū)分：按物理狀態(tài)區(qū)分： 液體電解質(zhì)：水性溶液，有機(jī)溶液（溶劑溶質(zhì)：酸、堿、鹽） 熔融鹽：高溫熔鹽，

11、常溫熔鹽（又叫離子液體） 凝膠電解質(zhì)：將液體電解質(zhì)分散在淀粉、聚合物等中形成均一相 全固態(tài)電解質(zhì) ：聚合物電解質(zhì)，無機(jī)固體電解質(zhì)按離子導(dǎo)電類型區(qū)分：按離子導(dǎo)電類型區(qū)分：?jiǎn)坞x子導(dǎo)體（固體電解質(zhì)），多離子導(dǎo)體（液體電解質(zhì)）表征離子在電場(chǎng)作用下遷移速度的參數(shù)：電導(dǎo)電導(dǎo)（1/R) = I/V電導(dǎo)與電導(dǎo)率（）的關(guān)系：1/R A/, 電導(dǎo)率的單位：Scm-1在多離子電導(dǎo)體系中，某一種離子對(duì)總電導(dǎo)的貢獻(xiàn)，或?qū)﹄妼?dǎo)所承擔(dān)的比例：遷移數(shù)影響電導(dǎo)（率）的因素：影響電導(dǎo)（率）的因素： 溶劑化的（或離解的）離子濃度 溶液粘度 溫度溶質(zhì)濃度溶質(zhì)濃度電導(dǎo)率電導(dǎo)率產(chǎn)生最大值的原因何在？熔鹽電解質(zhì) 高溫熔鹽： 無機(jī)鹽熔體，氧

12、化物熔體氧化物體系的熔點(diǎn)較高，如La2O3-CuO （10:90 摩爾比）1050鹽類混合物其次，NaCl-KCl（等摩爾） 663 不含金屬的鹽類和有機(jī)鹽類熔點(diǎn)較低, CO(NH2)2-NH4NO3（59:41）45.5 , AlCl3-MEICl（33:67）-75 ， MEI：1-甲基-3-乙基咪唑NNBF4-固體電解質(zhì)固體電解質(zhì)聚合物電解質(zhì)：全氟磺酸樹脂膜（質(zhì)子交換膜）由疏水的氟碳主鏈區(qū)、離子簇和離子簇間形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)所組成。由于離子簇的周壁帶有負(fù)電荷的固定離子，而各離子簇之間的通道短而窄，因而對(duì)于帶負(fù)電且水合半徑較大的 OH-離子的遷移阻力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 H+,這也是離子膜具有選擇透過性的

13、原因。電導(dǎo)率大小的大概比較：電導(dǎo)率大小的大概比較：LiClKCl 低共熔體（ 723 K，1.57 S /cm) 1 M KCl水性電解液（約0.1 S /cm) 有機(jī)電解液，常溫離子液體（10-2 -10-3 S/cm） 大部分純固體電解質(zhì)無機(jī)固體電解質(zhì)：無機(jī)固體電解質(zhì)：通常是單離子導(dǎo)體，傳導(dǎo)離子一般質(zhì)量較輕、體積小、帶一個(gè)電荷，如H+, Na+, Ag+, Cu+, Li+, O2-, F- 10Sc2O3-ZrO2-x%Ga2O3是高溫O2-導(dǎo)體 0.4LiI-0.36Li2S-0.24SiS2, 室溫電導(dǎo)率1.8x10-3 S/cm Li-P-O-N復(fù)合無定型膜，室溫電導(dǎo)率10-5 -

14、10-6 S/cm (能用于實(shí)際的電池中嗎？） -氧化鋁（Na2O11Al2O3)是鈉離子導(dǎo)體，用于Na/S電池 Rb4Cu16I7Cl13,室溫電導(dǎo)率最高，達(dá)0.28-0.37 S/cm2. 電極電位與電極的極化電極電位與電極的極化電極電位是兩相間的結(jié)界電位，如果是兩個(gè)不同金屬，則其接觸電位差可測(cè)（熱電偶原理）；對(duì)于電極/電解質(zhì)界面，界面的絕對(duì)電位差不能測(cè)試，只能通過另一個(gè)電極測(cè)試兩電極之間的電位差，叫電池電動(dòng)勢(shì)。能斯特方程: o RT/nFln ai電化學(xué)中將標(biāo)準(zhǔn)氫電極、飽和甘汞電極等作為參比，獲得電極/電解質(zhì)界面的相對(duì)電極電位，例如： Pt,H2(pH2=1)|H+(aH+=1)|CuS

15、O4(aCu2+ =1)|Cu Cu2+/Cu = 0.337 V電池電動(dòng)勢(shì)與吉布斯自由能之間的關(guān)系：-G = nFE這是化學(xué)能與電能之間的關(guān)聯(lián)。 沒有電流通過電極的狀態(tài)叫開路狀態(tài)，測(cè)出的電壓叫開路電壓。電流通過電極時(shí)，電極電位偏離平衡電位的現(xiàn)象叫極化，其偏差值叫過電位，也叫超電勢(shì)（）。 極化是不可逆現(xiàn)象，極化越大，不可逆程度越大，電能的損失越大。EIEIEEEoEo電解池：I, E, 后果？后果？原電池：I, E, 后果？后果？陰極極化陽極極化陰極極化陽極極化電池的輸出電壓 電池電動(dòng)勢(shì) a c電解質(zhì)電阻壓降理想極化與理想非極化電極理想極化與理想非極化電極極化時(shí)不產(chǎn)生法拉第電流的電極叫做理想極

16、化電極，在KCl水溶液中純汞在0.1 -1.6V的電位范圍內(nèi)基本無電極反應(yīng)，屬于理想極化電極；而電極表面形成高阻抗的第二相時(shí)也不產(chǎn)生法拉第電流，叫電極鈍化。大部分參比電極在小電流密度的情況下屬于理想非極化電極。在金屬鉑電極上的析氫和脫氫反應(yīng)也只有很小的極化電壓。iE汞電極鉑電極不同金屬電極在不同金屬電極在KCl水溶液中的極化曲線示意圖水溶液中的極化曲線示意圖汞的極化區(qū)間：0.1 -1.6V極化與非極化在電化學(xué)技術(shù)應(yīng)用中是有利還是不利的？舉例說明燃料電池的基本特點(diǎn)燃料電池的基本特點(diǎn)l 多相（氣固，液固，氣液固）界面電化學(xué)反應(yīng)l 高效率能量轉(zhuǎn)換 熱機(jī)：化學(xué)能熱能機(jī)械能電能 效率：3040 燃料電池

17、：化學(xué)能電能 效率： 60l 安靜、清凈、環(huán)保型發(fā)電l 單電池電壓低（ 0 2H2O = 2H2 +O24. 光催化電池， G 0, 光照加速反應(yīng)電化學(xué)光伏電池能級(jí)狀態(tài)示意圖電化學(xué)光伏電池能級(jí)狀態(tài)示意圖P-MoS2e-e-+ +hrFe3+Fe2+Fe2+Fe3+Pt染料敏化光伏電池染料敏化光伏電池hre-e-e-+I-1/2I2e-e-N3染料 Z-907染料敏化光伏電池工作原理染料敏化光伏電池工作原理染料敏化太陽能電池的染料敏化太陽能電池的性能表征性能表征: I-V曲線曲線 短路光電流短路光電流 (Isc) 開路光電壓開路光電壓 (Voc) 填充因子填充因子(FF): (Iopt Vopt

18、) / (Isc Voc) 總光電轉(zhuǎn)換效率：總光電轉(zhuǎn)換效率：= Iopt Vopt / PinVocIscSmaxVoptIopt敏化染料必須符合以下條件：敏化染料必須符合以下條件：與TiO2納米晶半導(dǎo)體電極表面良好結(jié)合；在可見光區(qū)有較強(qiáng)的，盡可能寬的吸收帶；染料的氧化態(tài)和激發(fā)態(tài)穩(wěn)定性高；激發(fā)態(tài)壽命長(zhǎng)，具有很高的電荷傳輸效率；有適當(dāng)?shù)难趸€原電勢(shì)保證激發(fā)態(tài)電子注入TiO2；染料分子含有大鍵能提高電子傳輸能力。染料目前的主要分類：染料目前的主要分類： 釕多吡啶有機(jī)金屬配合物 酞菁和菁類系列染料 天然染料 固體染料（在TiO2納米薄膜上鍍一層窄禁帶半導(dǎo)體膜，如：InAs , PbS）光電化學(xué)合成電

19、池光解制氫光電化學(xué)合成電池光解制氫TiO2Pte-e-e-Pt+ +2.5 V vs. SCE2H2OO20.96 VH+H2e-由于由于TiO2的禁帶寬度過大，只能吸收的禁帶寬度過大，只能吸收380nm以下占太陽以下占太陽光能光能4%的紫外光，氮摻雜的的紫外光，氮摻雜的TiO2-xNx能吸收能吸收400-500nm的可見光。已研究復(fù)合固溶體的可見光。已研究復(fù)合固溶體Rh/SrTiO3、Y0.5Bi0.5VO4等氧化物半導(dǎo)體材料。采用新型半導(dǎo)體等氧化物半導(dǎo)體材料。采用新型半導(dǎo)體Mo-doped BiVO4，轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)大于，轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)大于4%。新研究方向：新研究方向：l 用海水得到氯氣和氫用

20、海水得到氯氣和氫l H2O+CO2 CH4ZnGa2O4TiO2的殺菌作用原因： TiO2在光照下產(chǎn)生的光生空穴具有很強(qiáng)的氧化能力 水的氧化電位： 1.23 V vs. SHE 氯氣的氧化電位：1.36 V 臭氧的氧化電位：2.07 V TiO2光生空穴： 3.0 V4. 超級(jí)電容器技術(shù)超級(jí)電容器技術(shù)25 . 0 CVE VtICA. G. Pandolfo, A. F. Hollenkemp, J. Power Sources 157 (2006) 11-27決定儲(chǔ)電量和能量密決定儲(chǔ)電量和能量密度的主要因素：度的主要因素： 比表面積 孔結(jié)構(gòu)（孔徑，貫通） 電解液的潤(rùn)濕性 電解質(zhì)溶解度、離子大

21、小 電解液的電化學(xué)窗口基本特性：基本特性：功率密度高。超級(jí)電容器的內(nèi)阻很小功率密度高。超級(jí)電容器的內(nèi)阻很小,而且在電極而且在電極/ 溶液界面溶液界面和電極材料本體內(nèi)均能實(shí)現(xiàn)電荷的快速儲(chǔ)存和釋放。和電極材料本體內(nèi)均能實(shí)現(xiàn)電荷的快速儲(chǔ)存和釋放。充放電循環(huán)壽命長(zhǎng)。超級(jí)電容器在充放電過程中沒有發(fā)生電充放電循環(huán)壽命長(zhǎng)。超級(jí)電容器在充放電過程中沒有發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng),其循環(huán)壽命可達(dá)萬次以上。其循環(huán)壽命可達(dá)萬次以上。能量密度顯著低于二次電池，一般為能量密度顯著低于二次電池，一般為5-15 Wh/kg充電時(shí)間短。完全充電只需數(shù)分鐘。充電時(shí)間短。完全充電只需數(shù)分鐘?？煽啃愿?。超級(jí)電容器工作中沒有運(yùn)動(dòng)部件可靠

22、性高。超級(jí)電容器工作中沒有運(yùn)動(dòng)部件,維護(hù)工作極少。維護(hù)工作極少。環(huán)境溫度對(duì)正常使用影響不大。超級(jí)電容器正常工作溫度范環(huán)境溫度對(duì)正常使用影響不大。超級(jí)電容器正常工作溫度范圍在圍在 - 3575 。儲(chǔ)存壽命較短，自放電較嚴(yán)重。儲(chǔ)存壽命較短，自放電較嚴(yán)重。（1）碳電極）碳電極雙電層電容雙電層電容電極表面的靜電荷從溶液中吸附離子，它們?cè)陔姌O/ 溶液界面的溶液一側(cè)離電極一定距離排成一排, 形成一個(gè)電荷數(shù)量與電極表面剩余電荷數(shù)量相等而符號(hào)相反的界面層，由于界面上存在位壘，兩層電荷都不能越過邊界彼此中和，因而形成了雙電層電容。（2）金屬氧化物電極）金屬氧化物電極法拉第準(zhǔn)電容法拉第準(zhǔn)電容指在電極表面或體相中的

23、二維或準(zhǔn)二維空間上，發(fā)生快速、可逆的化學(xué)吸附/脫附或氧化/還原反應(yīng)，從而產(chǎn)生比雙電層電容更高的比容量。（3）導(dǎo)電聚合物）導(dǎo)電聚合物使用導(dǎo)電聚合物作為電極的電容器，是在聚合物表面上產(chǎn)生較大的雙電層的同時(shí)，通過導(dǎo)電聚合物在充放電過程中的氧化、還原反應(yīng)，在聚合物膜上快速生成 n 型或 p 型摻雜，從而使聚合物存儲(chǔ)很高密度的電荷，產(chǎn)生很大的法拉第電容，具有很高的電化學(xué)活性。電極類型：電極類型：激光雕筑還原制備石墨烯電極用于電化學(xué)電容器Maher F. El-Kady, et al. Science, 2012, 335, 1326電容器的容量特性、功率特性和循環(huán)壽命應(yīng)用電動(dòng)車和混合電動(dòng)車電源：超級(jí)電容

24、器具有非常高的功率電動(dòng)車和混合電動(dòng)車電源：超級(jí)電容器具有非常高的功率密度，因此可以很好地滿足電車在起動(dòng)、加速、爬坡時(shí)對(duì)密度，因此可以很好地滿足電車在起動(dòng)、加速、爬坡時(shí)對(duì)功率的需求，可以作為混合型電動(dòng)車電源。功率的需求，可以作為混合型電動(dòng)車電源。電子類電源：可以用作光電功能電子手表和計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器電子類電源：可以用作光電功能電子手表和計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器等小型裝置的電源，以及衛(wèi)星和醫(yī)療器械的電源。等小型裝置的電源，以及衛(wèi)星和醫(yī)療器械的電源。電力系統(tǒng)：分合閘，電力系統(tǒng)：分合閘，UPS等等目前目前 ,超級(jí)電容器大多用于高峰值功率、低容量的場(chǎng)合超級(jí)電容器大多用于高峰值功率、低容量的場(chǎng)合 ,隨隨著超級(jí)電容器材料的

25、研發(fā)著超級(jí)電容器材料的研發(fā) ,功率密度和能量密度的不斷提功率密度和能量密度的不斷提高高 ,在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用范圍將更加廣闊。在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用范圍將更加廣闊。5. 氫能與氫能經(jīng)濟(jì)氫能與氫能經(jīng)濟(jì)氫是制備甲醇和回收利用CO2的化工原料。氫的來源：氫的來源：石油、天然氣、生物質(zhì)裂解制氫；水煤氣制氫；石油、天然氣、生物質(zhì)裂解制氫；水煤氣制氫；電化學(xué)和光化學(xué)制氫（利用可再生能源和核能）電化學(xué)和光化學(xué)制氫（利用可再生能源和核能）（光）電化學(xué)制氫研究面向降低能耗（槽電壓）、提高析氫電流效率和時(shí)空效率。一些方法介紹：（1）電化學(xué)熱化學(xué)循環(huán)法（2）電解水（包括直接雙效燃料電池，煤漿電解制氫）電化學(xué)制氫電化學(xué)制氫

26、電化學(xué)熱化學(xué)循環(huán)法電化學(xué)熱化學(xué)循環(huán)法方法一：方法一：光作用： 2FeSO4 + I2 + H2SO4 2HI + Fe2(SO4)3熱分解： 2HI H2 + I2 （708K) 電解： Fe2(SO4)3 + H2O 2FeSO4 + H2SO4 + 1/2O2總反應(yīng)： H2O H2 1/2O2 方法二：方法二：電解： 2H2O +SO2 H2SO4 + H2熱解： 2H2SO4 2H2O + 2SO2 + O2總反應(yīng)： H2O H2 1/2O2 陰極：4H+ + 4e 2H2 陽極：C (煤粉）+ 2H2O 4H+ + CO2 + 4e總反應(yīng)：C (固） + 2H2O 2H2 + CO2C為去極化劑，降低電位，槽電壓約為1V, 電流效率近100，但消耗煤能源。煤漿電解制氫煤漿電解制氫電解食鹽水（氯堿化工）電解食鹽水（氯堿化工）水銀法，Na+離子交換膜法等水銀法：陽極： 2Cl- Cl2 + 2e陰極： 2Na+ + 2Hg + 2e 2Na-Hg總反應(yīng)：2Na+ + 2Cl- + 2Hg 2Na-Hg + Cl2 H2O NaOH + H2利用利用Nafion全氟磺酸膜電解水全氟磺酸膜電解水 燃料電池的反向操作燃料電池的反向操作 陽極：陽極：H2O 2H+ + 1/2O2 + 2e- 陰極：陰極