搜索
16.什么是SEI膜?SEI膜的成分有哪些?SEI膜对电极材料性能的影响有哪些?在液态锂离子电池首次充放电过程中,电极材料与电解液在固液相界面上发生反应,形成一层覆盖于电极材料表面的钝化层。这种钝化层是一种界面层,具有固体电解质的特征,是电子绝缘体却是Li+的优良导体,Li+可以经过该钝化层自由地嵌入和脱出,因此这层钝化膜被称为“固体电解质界面膜”简称SEI膜。组成主要有各种无机成分如Li2CO3、LiF、Li2O、LiOH等和各种有机成分如ROCO2Li、ROLi、(ROCO2Li)2等。SEI膜的形成对电极材料的性能产生至关重要的影响。一方面,SEI膜的形成消耗了部分锂离子,使得首次充放电不可逆容量增加,降低了电极材料的充放电效率；另一方面,SEI膜具有有机溶剂不溶性,在有机电解质溶液中能稳定存在,并且溶剂分子不能通过该层钝化膜,从而能有效防止溶剂分子的共嵌入,避免了因溶剂分子共嵌入对电极材料造成的破坏,因而大大提高了电极的循环性能和使用寿命。17.锂离子电池电解液应具备的性能有哪些?①离子电导率高，一般应达到10-3～2×10-3S/cm；②电化学稳定的电位范围宽；必须有0～5V的电化学稳定窗口；③热稳定好，使用温度范围宽；④化学性能稳定，与电池内集流体和恬性物质不发生化学反应；⑤安全低毒，最好能够生物降解。18.锂离子电池电解液常用的导电盐有哪些?他们的导电率的大小顺序如何?导电盐有LiClO4、LiPF6、LiBF6、LiAsF6和LiOSO2CF3,它们导电率大小依次为LiAsF6LiPF6LiClO4LiBF6LiOSO2CF3。19.锂离子电池的命名，圆柱形电池和方形电池的命名？圆柱形的命名用三个字母和5位数字来表示，前两个字母表示锂离子电池(LI)，后一个字母表示圆柱形(R)，前两位数字表示以mm为单位的最大直径，后三位数字表示以0.lmm为单位的最大高度，如LIR18500即表示直径为18mm，高50mm的圆柱形锂离子电池。方形锂电池用三个字母和6位数字来表示，前两个字母表示锂离子电池(LI)，后一个字母表示方形(S)，前两位数字表示以mm为单位的最大厚度，中间两位数字表示以mm为单位的宽度，后两位数字以mm为单位的最大高度，如LIS043048即表示厚度为4mm，宽30mm，高48mm的方形锂离子电池。20.为什么锂离子电池正极基体为铝箔，负极基体为铜箔？金属铝的晶格八面体空隙大小与Li大小相近，极易与Li形成金属间隙化合物，Li和Al不仅形成了化学式为LiAl的合金，还有可能形成了Li3Al2或Li4Al3。由于金属Al与Li反应的高活泼性，使金属Al消耗了大量的Li，本身的结构和形态也遭到破坏，故不能作为锂离子电池负极的集流体；而Cu在电池充放电过程中，只有很少的嵌锂容量，并且保持了结构和电化学性能的稳定，可作为锂离子电池负极的集流体；Cu箔在3.75V时，极化电流开始显著增大，并且呈直线上升，氧化加剧，表明Cu在此电位下开始不稳定；而铝箔在整个极化电位区间，极化电流较小，并且恒定，没有观察到明显腐蚀现象的发生，保持了电化学性能的稳定。由于在锂离子电池正极电位区间，Al的嵌锂容量较小，并且能够保持电化学稳定，适合作锂离子电池的正极集流体。21.画出液体锂离子电池的生产工艺流程图22.燃料电池按照其电解质的不同，可以分为几类？它们各自的特点是什么（燃料气、工作温度和优缺点）？①碱性燃料电池,主要用于空间科学，低温型(60-220℃)②磷酸燃料电池,已经达到1.3~11MW，低温型(180-200℃)③熔融碳酸盐燃料电池，中温型(650℃)④质子交换膜燃料电池,发展很快，但成本高，低温型(80-1000C)⑤固体氧化物燃料电池，高温型(700-1000℃)23.燃料电池的电流-电压特性图大致可以划分为三个区域，它们分别是什么？它们分别对应的损耗是什么，引起损耗的原因分别是什么？大致可分为活化区域，欧姆区域，质量传输区域。分别对应活化损耗（由于电化学反应而引起的损耗）欧姆损耗（由于离子和电子传导而引起的损耗），浓度损耗（由于质量传输而引起的损耗）。24.固体氧化物燃料电池的优点有哪些？发电效率高。化学能→电能，理论效率可达80％，是所有燃料电池中最高的。可使用多种燃料（氢气，天然气、液化石油气等）；工作温度高，排放高温余热可进行综合利用；运动部件很少，低噪声。采用全固态结构，电池中无酸碱腐蚀性物质，电池的污染排放极低，是清洁能源；质量轻、体积小、比功率高(600W／kg)，有较高的电流密度和功率密度，较小的极化损失和欧姆损失；不用贵金属，不存在液态电解质腐蚀及封接问题。替代火力发电，可将发电率由目前的40%左右提高到85%，它易于实现热电联产。可用做医院、居民区、矿山等小区域以及军舰等移动目标的供电电源。25.固体氧化物燃料电池（SOFC）的结构有哪两类，请简要画出SOFC的结构示意图（三明治结构）分为平板式和管式，以下分别为平板式和管式示意图。26.氧化气是氧气，燃料气是氢气的固体氧化物燃料电池的阳极和阴极反应分别是什么？总反应是什么？阴极，空气电极：O2+4e-→2O2﹣阳极，燃料电极:O2-+CO→CO2+2e-(煤气)O2-+H2→H2O+2e-(氢气)O2-+CH4→CO2+H2O（液化气）27.以YSZ为电解质的固体氧化物燃料电池工作原理是什么？YSZ为ZrO2+8~10％(mol)Y2O3。Zr4+的半径为0.072nm，而Y3+的半径为0.089nm，显然只能占据原来Zr4+的位置而不能占据填隙的位置，从而导致晶格出现阴离子缺位。阴离子缺位使晶格发生畸变，使周围氧离子迁移所需克服的势垒高度大大降低，即只需少量的激活能就能跃迁形成载流子。当掺入低价的Y3+后，为保持材料的电荷平衡会产生氧空位，并且，随着掺杂量的增加，氧空位的浓度也增加。因此YSZ具有较好的导电能力。28.固体氧化物燃料电池的电解质材料有何要求？常用的电解质材料有哪些？①电解质的主要作用是在阴极与阳极之间传导离子,而电解质中电子传导会导致两极短路而消耗能量,降低SOFC的输出功率,因此对电解质材料的基本要求是具有高的离子电导率而电子电导率尽可能低。②由于电解质两侧分别与阴极和阳极接触并暴露于还原或氧化性气体中,这就要求其具有高温下的化学稳定性,并且足够致密以防止还原气体和氧化气体相互渗透，防止燃料气和氧化气的泄漏而发生直接燃烧反应；③良好的烧结性能，足够高的强度和热震性能;④电极材料的相匹配，包括热膨胀系数匹配和化学匹配。常用的电解质材料：用Y2O3稳定的ZrO2(YSZ)和Sc2O3稳定的ZrO2(ScSZ)。29.什么是YSZ？掺杂Y的量为多少时，其电导率最高？YSZ指的是钇稳定氧化锆，，为最常见的SOFC电解质材料，ZrO2+8~10％(mol)Y2O3的电导率最高。30.为提高萤石型结构电解质材料CeO2的电导率，需要对其进行掺杂，通常掺杂的元素有那些？纯CeO2为萤石结构,但电导率很低,通过添加某些碱土(CaO、SrO、MgO、BaO）或稀土氧化物(Sm2O3)后,形成有氧缺位的固溶体,电导率大大提高31.固体氧化物燃料电池（SOFC）对其阳极和阴极材料有什么要求？常见的阳极和阴极材料有哪些？阴极材料：(1)高的电子电导率和一定的离子电导率。阴极的电子电导率越高，电子输运过程中的欧姆损失就越小，一般要求阴极在氧化性气氛下，电导率不低于l00S/cm。足够高的氧离子电导率，有利于提高阴极氧化物对氧离子的扩散输运能力和表面反应活性。(2)较高的催化活性。(3)与电解质材料和连接材料具有良好的热膨胀及化学相相容性，即在高温下，与相邻的组分不发生化学反应，无明显的互扩散，且热膨胀系数匹配。(4)稳定性，在强氧化和高温下，要具备良好的物理化学稳定性，即尺寸、形貌和化学组成及微结构的稳定。(5)足够高的孔隙率，阴极的比表面是影响阴极(多相催化)反应速率的重要因素。足够高的孔隙率(～40％)，合理的孔径分布，有利于提高阴极反应气体扩散输运速度和消除浓差极化，同时也有利于提高阴极的催化活性。(6)价格低廉。32.请画出Ni电极-YSZ电解质-气体的三相界面区域的示意图，并标出离子、电子和气体等的位置和移动方向。33.什么是恒流-恒压充电，请画出恒流-恒压充电充电电压、充电电流和时间的关系？恒流恒压充电第一阶段以恒定电流充电；当电压达到预定值时转入第二阶段进行恒压充电，此时电流逐渐减小；当充电电流达到下降到零时，蓄电池完全充满。