第五讲 能源化学 和 环境化学 5.1 能源和能源的利用 能源和能源化学 核能 太阳能 地球内放射性元素衰变核能 能源 能源化学

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1 第五讲 能源化学 和 环境化学 5.1 能源和能源的利用 能源和能源化学 核能 太阳能 地球内放射性元素衰变核能 能源 能源化学
第五讲 能源化学 和 环境化学 5.1 能源和能源的利用 能源和能源化学 核能 太阳能 地球内放射性元素衰变核能 能源 能源化学 能源材料 新能源材料 节能材料 储能材料

2 第五讲 能源化学 和 环境化学

3 第五讲 能源化学 和 环境化学

4 第五讲 能源化学 和 环境化学

5 第五讲 能源化学 和 环境化学

6 第五讲 能源化学 和 环境化学 能源的利用和热力学函数 孤立体系 封闭体系 开放体系 状态 状态函数 热力学第一定律： 热力学第二定律：

7 第五讲 能源化学 和 环境化学 能量的“品味”

8 第五讲 能源化学 和 环境化学

9 第五讲 能源化学 和 环境化学 牛顿 麦克斯韦 吉布斯 爱因斯坦 热力学第二定律应用： 吉布斯自由能（焓）

10 第五讲 能源化学 和 环境化学 处理化学过程问题：

11 第五讲 能源化学 和 环境化学 5.2 键能 反应热和反应性质 共价键能 CO2 + H2O

12 第五讲 能源化学 和 环境化学 反应热和反应性质 化学键能 估算 反应热

13 第五讲 能源化学 和 环境化学 由键型变化估计反应热 符号， 推断反应情况：

14 第五讲 能源化学 和 环境化学 5.3 氢能源 绿色能源/环保能源 太阳能 ＋ 水 氢气＋氧气

15 第五讲 能源化学 和 环境化学 储氢材料 金属氢化物储氢 镧系储氢材料

16 第五讲 能源化学 和 环境化学

17 第五讲 能源化学 和 环境化学

18 第五讲 能源化学 和 环境化学

19 第五讲 能源化学 和 环境化学 激光分离同位素 H 和 D

20 第五讲 能源化学 和 环境化学 热核聚变燃料 D元素的制备： 富集 和 分离 CO2激光器 化学键键振动模的特性区别

21 第五讲 能源化学 和 环境化学 5.4 石油和天然气 石油的炼制 ：分馏 裂化 重整 精制 石油化工：
第五讲 能源化学 和 环境化学 5.4 石油和天然气 石油的炼制 ：分馏 裂化 重整 精制 石油化工： 有机化学家和高分子化学家 摆弄化学键的艺术家 催化反应 和 催化剂： 路易酸碱理论 配位理论

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25 第五讲 能源化学 和 环境化学 5.5 煤炭 煤的组成和结构 煤的综合利用： 焦化 气化 液化

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27 第五讲 能源化学 和 环境化学 5.6 电池 我们生活在一个充满电池的时代 常用的干电池和蓄电池 锌锰干电池 铅酸蓄电池 燃料电池
第五讲 能源化学 和 环境化学 5.6 电池 我们生活在一个充满电池的时代 常用的干电池和蓄电池 锌锰干电池 铅酸蓄电池 燃料电池 可充电电池（二次电池）特别介绍 环保可充电电池

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29 二次电池的能量密度趋势与EV Energy Density ( Wh/kg) Volumic Energy Density (Wh/l)
250 400 100 200 300 150 50 Volumic Energy Density (Wh/l) Li-ion goal 锂电池目标 Li-ion at present 锂电池现在情况 Ni-MH 镍氢电池 Ni-Cd 镍镉电池 Lead-acid 铅酸电池 EV应用 固定型 Energy Density ( Wh/kg)

30 充电电池 镍氢电池 液体锂电池 聚合物锂电池 持久 更持久 更轻、 更薄

31 锌锰干电池 环境重污染

32 铅酸蓄电池 优缺点： 大电流放电/廉价 能量密度低 环境重污染

33 第五讲 能源化学 和 环境化学 氢氧燃料电池： 高转化效率 可持续－“小发电机” 没有污染

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35 直接甲醇燃料电池（DMFC）

36 固体氧化物燃料电池（SOFC）

37 第五讲 能源化学 和 环境化学 可充电电池（二次电池）特别介绍 可充电电池和环保可充电电池 聚合物锂电

38 锂锰柱式系列 锂离子柱式系列 镍镉系列 镍氢电池组块

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40 应急照明系列 通讯电池系列

41 通讯类组合电池 组合动力电池

42 电动工具系列 动力电池

43 可充电电池 的 应用领域：

44 第五讲 能源化学 和 环境化学 镍镉电池 原理： 采用Ni(OH)2作为正极，CdO 作为负极，碱液（主要为KOH）作为电解液，
第五讲 能源化学 和 环境化学 镍镉电池 原理： 采用Ni(OH)2作为正极，CdO 作为负极，碱液（主要为KOH）作为电解液， 电池充电时，总反应为： Ni(OH)2 + Cd(OH)2→ 2NiOOH+ Cd+ 2H2O 放电时，反应逆向进行 NiOOH + H2O + e→Ni(OH)2 + OH- Cd + 2OH- + 2e→Cd(OH)2

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46 第五讲 能源化学 和 环境化学 镍氢电池 原理： 采用与镍镉电池相同的Ni氧化物作为正极，储氢金属作为负极，碱液（主要为KOH）作为电解液
第五讲 能源化学 和 环境化学 镍氢电池 原理： 采用与镍镉电池相同的Ni氧化物作为正极，储氢金属作为负极，碱液（主要为KOH）作为电解液 充电时，正极： Ni(OH)2 –e + OH- → NiOOH + H2O 负极： MHn + ne → M + n/2H2 放电时，正极：NiOOH + H2O + e → Ni(OH)2 + OH 负极：M + n/2H2 → MHn + ne

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48 第五讲 能源化学 和 环境化学 锂离子电池 原理： 正极主要成分为LiCoO2，负极主要为C
第五讲 能源化学 和 环境化学 锂离子电池 原理： 正极主要成分为LiCoO2，负极主要为C 充电时 正极反应：LiCoO2 → Li1-xCoO2 + xLi+ + xe- 负极反应：C + xLi+ + xe- → CLix 电池总反应：LiCoO2 + C → Li1-xCoO2 + CLix 放电时发生上述反应的逆反应。

49 Lithium ion battery 锂离子电池结构示意图

50                         

51 聚合物锂电结构示意图

52 Polymer lithium ion battery

53 聚合物锂电

54 第五讲 能源化学 和 环境化学 金属电化学腐蚀机理 形成原电池 电化腐蚀过程

55 第五讲 能源化学 和 环境化学

56 第五讲 能源化学 和 环境化学 金属电化学腐蚀 保护 1. 隔离涂层保护法 刷漆 镀铬 2. 阳极保护法 构成原电池阴极 牺牲阳极 镀锌 轮船壳 大型金属结构 3. 改变金属晶体结构（表面结构）保护法 不锈钢、深度氧化表层结构等