导图社区 发电、储能技术（电池）
用电储能及发电技术的应用及普及，包括锂电池、液流电池、超级电容、太阳能、核电、燃料电池、风能发电等内容。需要的自取~
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发电及储能 即新能源材料
储能
电池
概念
二次电池
可充放电池
电能与化学能的相互转化
基本框架
正负电极
电解质（化合物）
溶于水
或
融融状态
自身能够导电
锂系电池
锂离子电池
原理
在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌
结构
正负极
正极
正极材料常用LixCoO2，也用LixNiO2和LixMnO4
负极
锂离子嵌入石墨类碳
克服了锂的高活性，解决了传统锂电池存在的安全问题
电解液
LiPF6+二乙烯碳酸酯（EC）+二甲基碳酸酯（DMC）
移动的离子
锂离子
应用
群众简称：锂电池
生活产品
笔记本、手机
锂金属电池
放电反应
Li+MnO2=LiMnO2
二氧化锰
金属锂或其合金金属
非水电解质溶液
危险性大
很少用于日常电子产品
液流电池
液流电池通过正、负极电解质溶液活性物质发生可逆氧化还原反应
（即价态的可逆变化）
实现电能和化学能的相互转化
基本原理
子主题
分类
按电解液
水系液流电池
非水系液流电池
按活性物质状态
双液流电池
电堆单元
电极
惰性电极
流经电池时，氧化还原反应
自身不反应
两个储罐
阳极电解液
阴极电解液
传导膜
膜的孔径
隔离不同价格的钒离子
氢离子自由迁移
叠合
单电池集合体
面积
层数
串并联数
决定
额定功率
活性物质的流动电解质溶液
辅助部件
储罐
管路
阀
泵
传感器
盛放与循环
容量的因素 （额定能量）
反应活性物总量
体积*浓度
体积
浓度
活性材料
控制系统
电池管理系统
功率变化单元
……
特点
正负极电解液分开
各自循环的一种高性能蓄电池
液流电池的正极和（或）负极电解质溶液储存于电池外部的储罐中，通过泵和管路输送到电池内部进行反应。
保存期无限，储存寿命长
活性物质
都在电解液中
液态形式
反应没有固相变化
计划程度小
能量效率高，启动快
100%放电，无损伤
绿色环保
组成材料
碳素
塑料类
固定式储能
削峰填谷
案例
全钒液流体系
沉积型单液流电池
正负极共用一种电解液
不需要离子交换膜
单沉积型
一个氧化还原点对的充放电产物沉积在电极上
双沉积型
两个氧化还原点对的充放电产物沉积在电极上
金属/空气液流电池
在锌-镍单液流电池基础上
空气电极（取代氧化镍电极）
碱性锌酸盐溶液
氧气和水
超级电容
一般电容 与 电池的区别
储能模式
化学能 与 电能 转化
电容
静态电荷存储介质
直接储存电荷
电荷不消失
充放电
容量
电池多
电容少
超级电容除外
速度
电池慢
电容快
瞬间供电
双电层电容
如果在电解液中同时插入两个电极，并在其间施加一个小于电解质溶液分解电压的电压，这时电解液中的正、负离子在电场的作用下会迅速向两极运动，并分别在两个电极的表面形成紧密的电荷层，即双电层
双电层
面积S大
距离d小
C=εrS/4πkd
因此，电容巨大
法拉第赝电容
容量大 （电池储能特性）
超高电容量
3000F
快速 （电容特性）
0.1-30 s 完成充电
利用效率高
98%
高功率密度
5KW/kg
寿命长
循环次数万次以上
使用温度宽泛
-40° 到 70°
高可靠性
对充电电路要求简单
按电极材料
碳材料
金属氧化物
导电聚合物
复合材料
电极结构及发生反应
对称型电容
不对成型电容
储能机理
双电层电容器
法拉第准电容电容器
水洗电容器
有机系电容器
全固态电容器
功能
储存电荷
电极材料
导电剂
粘结剂
集流体
充放电的离子迁移
按材料
无机电解液
硫酸
硫酸钠
KOH
有机电解液
成分
有机溶剂
电解质盐
金属阳离子
含硫阳离子
季铵盐
添加剂
离子液体电解液
较少
固体电解质
隔膜
太阳能电池
核电池
发电
基本原理 发电技术
燃料电池 （发电装置）
燃料电池
物质之间发生了化学反应 （产生离子转移）
电化学反应把燃料的化学能→电能
燃料、氧化剂不断，电能不断
生物燃料电池
酶或微生物有机物燃料催化→电能 （产生离子转移）
光伏效益
水利发电
热能（火力）发电
化学能→热能→机械能→电能
原子能发电
化合物燃料电池
运行机理
酸性燃料电池
碱性燃料电池
燃料氧化、氧气还原两个电极反应及离子传输过程。 电子从阳极通过负载流向阴极构成电回路，产生电流。
主要功能
氧化反应
燃料：氢气等
还原反应
氧化剂：氧气
制作要求
多孔结构
增加电极反应的表面积
燃料及氧化剂基本为气体
气体在电解质中溶解度不高
分隔氧化剂和还原剂
传导离子
尽量薄
电解质
酸性
磷酸燃料电池
碱性
熔融盐类
熔融碳酸盐燃料电池
固体
质子交换膜燃料电池
固体氧化物燃料电池
传递离子
双极板
气体流道
防止氢气与氧气串通
电流通路
在正负极间建立
结构布局
中间层
按催化方式
酶生物燃料电池
酶从生物体中提取
优点
生理条件下，具备活性
相对容易固定
缺点
稳定性差
催化反应不彻底
微生物燃料电池
长期昌盛电流
输出功率密度低
按电子传递方式
直接型
直接在电极上反应
电子从燃料分子直接传递到电极
间接型
不在电极上反应
电子通过介体传递到电极上
介体
具有氧化还原特性
先从微生物或酶处获得电子
后在阳极表面释放电子
燃料在催化剂（酶或微生物）作用下，在两个电极上完成氧化还原反应及离子传输过程。电子从阳极通过负载流向阴极构成电回路，产生电流。
成本低廉
原料广泛且成本低
操作条件温和
常温常压
生物相容性好
可以嵌入人体
原料
糖分
氧
环境污染少
产物是CO2
不耗电
发电的过程
太阳能→半导体物质→电流
单晶硅电池
正面梳妆电极
通过阳光
网格状
增加导电性
减反射膜
减小反射损失
N型层半导体
非良导体
有活跃自由电子
硅中掺磷
磷有5个电子
P与N界面处
PN结
薄层
具备一定电势差
P型层半导体
缺失电子
硅中掺入硼
存在一个空穴
基片电极
不接收阳光的一面
按材料分
硅太阳能电池
结晶硅
单晶硅
多晶硅
非晶硅
无机化合物太阳能电池
单晶化合物
多晶化合物
有机化合物太阳能电池
热电效益
温差引起两种不同导体（半导体）构成的回路产生电压差的现象
热端
电子更高动能
冷端
电子在冷端积累
热电材料
半导体
发电机
逆向应用
热电偶
一端给电压
将使另一端温度降低
制冷机
β粒子
穿透性弱
只能十几微米的金属层
辐射伏特效应-同位素电池
同位素衰变→β射线→轰击磷光材料→产生光子→光伏半导体异质结→产生电子空穴对
在半导体内建电场作用下
空穴对分离
通过外接电路输出电流
原理图
压电-同位素电池
初始段
平行板A
放射性同位素源
衰变产生带电粒子C
平行板B
搜集带电粒子C
作用过程
静电作用
静电力→悬臂梁弯曲变形→与下极板接触→异性电荷中和→悬臂梁恢复
压电作用
压电层
机械能→电能
初始阶段
风能发电
本质
太阳能（1%-3%转为风能）的一种转化形式
太阳辐射→受热不均→温差→大气层压力分布不均
空气在水平气压梯度作用下，沿水平方向运动
空气流动具备动能
2.74万亿千瓦
风能 →机械能→电能
