化学电源教学课件

化学电源本课件适用于高中及大学基础化学课程，全面介绍化学电源的基础知识、工作原理、实际应用及未来发展趋势，帮助学生深入理解化学能与电能的转换机制绪论什么是化学电源化学电源是能实现化学能和电能相互转化的装置，其工作基于电化学反应原理这类装置在现代生活中无处不在，从我们日常使用的手机电池到支撑新能源汽车行驶的动力电池，从便携式电子设备到大型储能系统，化学电源的应用领域极其广泛化学电源发展历史简介早期发展近现代发展当代前沿化学电源的历史可追溯至1800年，意大利物理20世纪见证了干电池、铅酸蓄电池、碱性电池当今主流应用包括锂离子电池、燃料电池等，学家亚历山德罗·伏特发明了第一个实用电池—等多种电池的出现与完善从1991年索尼公司前沿研究聚焦于固态电池、锂硫电池和钠离子—伏打电堆，这标志着人类首次能够持续产生商业化锂离子电池开始，便携式电子设备迎来电池等新型化学电源电流革命性发展能源转换基础一次能源自然界中天然存在的能源形式，如煤炭、石油、天然气、核能、太阳能等，这些能源需要转换才能为人类所用二次能源通过转换一次能源得到的能源形式，如电能、氢能等化学电源在一次能源与二次能源之间起到重要的转换桥梁作用化学能与电能转换机理化学电源通过电极上的氧化还原反应，将化学键能转化为电能，或在充电过程中将电能转化为化学能储存起来化学反应与能量变化氧化还原反应基础能量变化与电源性能在化学电源中，电子的得失过程（氧化还原反应）是能量转换的关键反应的放热性或吸热性直接影响化学电源的性能放热反应（负焓变）氧化反应失去电子，还原反应得到电子这种电子转移产生电势差，形通常可以自发进行，适合作为放电过程；而吸热反应（正焓变）则需要成电流外界提供能量，通常出现在充电过程中化学键断裂与形成过程中的能量变化，决定了电池的电动势和能量密度原电池基本概念原电池是将化学能直接转化为电能的装置，通过自发的氧化还原反应产生电流原电池的基本组成包括•负极（阳极）发生氧化反应，失去电子•正极（阴极）发生还原反应，得到电子•电解质溶液提供离子传导介质•外电路提供电子流通的通道•盐桥或隔膜连接两个半电池，平衡电荷原电池结构组成电极系统负极（阳极）电子的供体，活性较强的金属或还原性物质正极（阴极）电子的受体，活性较弱的金属或氧化性物质导线连接两极，形成外电路电解液提供离子导电介质，常见的有酸溶液、碱溶液、盐溶液等保证电池内部离子迁移，维持电中性盐桥/隔膜连接两个半电池，平衡电荷，防止两种溶液直接混合允许离子通过但阻止活性物质交叉污染电极反应原理解析负极（阳极）反应正极（阴极）反应在负极发生氧化反应，物质失去电子在正极发生还原反应，物质得到电子例如锌电极Zn→Zn²⁺+2e⁻例如铜电极Cu²⁺+2e⁻→Cu电流与电子流向区分按照传统规定，电流方向从正极流向负极，而电子流向则相反，从负极流向正极原电池的正负极判定方法1电极电势法查阅标准电极电势表，电极电势较负的金属作为负极（阳极），电极电势较正的金属作为正极（阴极）2金属活动性序列法查阅金属活动性顺序表，活泼性强的金属作为负极（阳极），活泼性弱的金属作为正极（阴极）3实验观察法观察电池工作时电极的变化质量减少的电极为负极（阳极），质量增加的电极通常为正极（阴极）原电池经典案例锌铜原电池-实验装置结构电极反应•锌片作为负极，浸入硫酸锌溶液中负极（锌极）Zn→Zn²⁺+2e⁻•铜片作为正极，浸入硫酸铜溶液中正极（铜极）Cu²⁺+2e⁻→Cu•含有KCl或KNO₃的琼脂盐桥连接两半电池总反应Zn+Cu²⁺→Zn²⁺+Cu•导线和电表连接两电极形成外电路电池电动势约

1.10伏典型原电池反应方程式书写1负极半反应先写出负极（阳极）的氧化反应，例如2正极半反应再写出正极（阴极）的还原反应，例如3配平电子数确保两个半反应中的电子数相等，必要时进行倍数调整4总反应式将两个半反应相加，消去电子，得到总反应方程式盐桥与隔膜功能盐桥的组成与构造盐桥与隔膜的主要功能盐桥通常由惰性电解质（如KCl、KNO₃）的浓溶液浸泡的琼脂或滤纸制•维持电路闭合允许离子通过，保持电荷平衡成它呈U形或倒置V形，连接两个半电池的溶液•防止混合阻止两个半电池的电解液直接接触混合•减少液接电位降低因不同溶液接触产生的额外电势•延长电池寿命防止两电极直接反应，避免内短路原电池工作中的物理与化学变化电极质量变化负极（阳极）发生氧化反应，金属原子转变为离子进入溶液，电极质量减小正极（阴极）发生还原反应，溶液中的金属离子获得电子沉积在电极上，电极质量增加溶液浓度变化负极周围溶液金属离子浓度增加，溶液颜色可能变化正极周围溶液金属离子浓度减少，溶液颜色可能变浅电极表面变化负极表面可能变得粗糙，出现腐蚀痕迹正极表面可能出现金属沉积物，形成新的晶体层原电池能量转化效率理论与实际效率影响效率的因素理论上，化学能到电能的转换效率可以接近100%，但实际电池由于多种•内阻电解质和电极材料的电阻导致能量损耗因素，效率通常在60%-90%之间•极化效应电极表面的浓度和活化极化现象电子守恒原则要求所有参与反应的电子都必须通过外电路流动，但实际•副反应如氢气析出等消耗活性物质中存在多种能量损耗•自放电电池内部的短路或微电流•温度过高或过低温度都会影响反应速率常见原电池实例干电池1锌锰干电池结构碱性电池外壳为锌筒（负极），中心为碳棒（集流体），两者之间填充二氧化锰和碳改进型干电池，使用氢氧化钾作为电解质，负极为锌粉，正极为二氧化锰，粉混合物（正极），电解液为氯化铵和氯化锌混合溶液性能更优反应原理Zn+2MnO₂+2NH₄Cl→ZnCl₂+Mn₂O₃+2NH₃+H₂O标称电压

1.5伏常见原电池实例铅蓄电池2结构组成充放电反应•负极海绵状铅Pb放电反应•正极二氧化铅PbO₂负极Pb+SO₄²⁻→PbSO₄+2e⁻•电解液浓度约37%的稀硫酸溶液正极PbO₂+4H⁺+SO₄²⁻+2e⁻→PbSO₄+2H₂O•隔板防止两极接触短路总反应Pb+PbO₂+2H₂SO₄⇌2PbSO₄+2H₂O充电时反应方向相反，具有良好的可逆性常见原电池实例银锌电池3高性能特点银锌电池是一种高能量密度电池，能量密度可达100-130Wh/kg，是铅酸电池的3倍多具有高功率密度、轻量化、寿命长等优点，但成本较高，主要用于航空航天、军事和特殊医疗设备电池结构负极锌Zn正极氧化银Ag₂O电解液氢氧化钾溶液化学反应放电反应Zn+Ag₂O→ZnO+2Ag标称电压

1.5伏/单体可以设计为可充电型或一次性电池燃料电池快速认识基本概念主要特点燃料电池是一种将燃料（如氢气、甲醇等）中的化学能直接转化为电能•高效率能量转化效率可达40%-60%的装置，与传统电池不同，它能持续供能，只要不断提供燃料和氧化•环保以氢气为燃料时，唯一产物是水剂•连续运行无需充电，只需补充燃料•寿命长无活性物质消耗，理论寿命很长•应用广泛从便携设备到大型发电站燃料电池结构与特点电极阳极燃料氧化区，通常为多孔碳材料阴极氧气还原区，常含有铂等催化剂电解质提供离子传导通道，如质子交换膜阻止燃料与氧化剂直接接触系统配件双极板集流和气体分配密封件防止气体泄漏控制系统监控温度、湿度等燃料电池的核心特点是持续供能能力，只要不断提供燃料和氧化剂，它就能持续产生电能，不需要像传统电池那样充电汽车用氢氧燃料电池实例工作原理技术优势氢气在阳极催化剂的作用下分解为质子和电子，质子通过电解质膜迁移•高效率能量转换效率可达60%，远高于内燃机到阴极，而电子通过外电路形成电流同时，氧气在阴极与质子和电子•零排放只产生水，无CO₂或其他污染物结合生成水•快速加注加氢只需3-5分钟，类似传统加油•续航长满箱氢气可行驶500-600公里•低噪音运行过程静音，提高驾乘舒适性电池工作原理与电子流方向1电子产生在负极（阳极）发生氧化反应，释放电子到电极2外电路流动电子通过外电路从负极流向正极，形成电流3电子消耗电子在正极（阴极）被消耗，参与还原反应4离子迁移电解质中的离子迁移维持电路闭合和电荷平衡根据国际规定，电流方向定义为正电荷移动的方向，因此电流方向从正极流向负极，与电子实际流动方向相反测量电流时，电流表应串联在电路中，电压表应并联在两极之间电极电势基础标准电极电势电池电动势计算标准电极电势是在标准状态下（25°C，1个大气压，溶液中离子活度为电池的电动势等于正极（阴极）的标准电极电势减去负极（阳极）的标1mol/L），某半电池相对于标准氢电极的电势差准电极电势标准氢电极的电势规定为零2H⁺+2e⁻⇌H₂，E°=

0.00V电极电势越负，金属越活泼，越容易失去电子；电极电势越正，金属越例如锌-铜电池不活泼，越容易得到电子E°Cu²⁺/Cu=+

0.34VE°Zn²⁺/Zn=-

0.76VE°电池=

0.34V--

0.76V=

1.10V电池容量与能量密度电池容量电池容量表示电池储存电荷的能力，单位为安时Ah或毫安时mAh1安时表示电池能够以1安培的电流持续放电1小时能量密度能量密度表示单位重量或体积的电池所能存储的能量，单位为瓦时/千克Wh/kg或瓦时/升Wh/L常见电池能量密度比较铅酸电池30-40Wh/kg镍氢电池60-120Wh/kg锂离子电池150-260Wh/kg锂聚合物电池130-200Wh/kg锂硫电池350-500Wh/kg（实验阶段）电池循环寿命与耐久性循环寿命定义性能衰减机制电池循环寿命指在规定条件下，电池容量降至初始容量的80%时所经历电池性能衰减的主要原因包括的充放电次数不同类型电池的循环寿命差异很大•活性材料损失电极材料结构变化或脱落•铅酸电池300-500次•内阻增加电极表面钝化层形成•镍镉电池1000-1500次•副反应电解液分解、溶剂蒸发等•镍氢电池500-1000次•金属锂析出过度充电导致枝晶形成•锂离子电池500-2000次•集流体腐蚀长期使用造成的电极损伤•锂磷酸铁电池2000-3000次•温度影响高温加速电池老化化学电源应用领域综述交通运输消费电子电动汽车、混合动力车、电动自行车、电动滑智能手机、笔记本电脑、平板电脑、可穿戴设板车等交通工具的动力来源，要求高能量密度备等日常便携设备的电源，以锂离子和锂聚合和功率密度物电池为主可再生能源储能太阳能和风能等间歇性可再生能源的储能系统，平衡电网负荷，提高能源利用效率航空航天医疗设备卫星、空间站、火箭等航空航天设备的电源系统，要求极高的能量密度和耐受极端环境能心脏起搏器、助听器、便携式医疗监测设备等力医疗领域的电源，要求高可靠性和安全性现代消费类电池实例智能手机电池电动自行车电池典型参数典型参数•类型锂聚合物电池•类型锂离子或磷酸铁锂电池•容量3000-5000mAh•容量10-20Ah•电压

3.7-

3.85V•电压36V或48V•能量密度约250Wh/kg•续航40-100公里•循环寿命500-1000次•充电时间4-6小时•快充支持最高可达65W•循环寿命800-2000次电动汽车动力电池三元锂电池磷酸铁锂电池正极材料为镍钴锰NCM或镍钴铝NCA的锂离子电池，具有高能量密度正极材料为磷酸铁锂LiFePO₄的锂离子电池，以安全性和循环寿命见特点长•能量密度200-260Wh/kg•能量密度140-180Wh/kg•循环寿命1000-1500次•循环寿命2000-3000次•温度范围-20℃~60℃•温度范围-30℃~65℃•优势能量密度高，续航里程长•优势安全性高，循环寿命长，成本低•劣势安全性相对较低，成本较高•劣势能量密度相对较低典型应用特斯拉Model3/Y，比亚迪汉等高端电动车典型应用比亚迪刀片电池，五菱宏光MINI EV等经济型电动车储能系统中的化学电源光伏发电配套储能白天太阳能发电时存储能量，晚上或阴雨天气时释放能量，提高光伏系统的稳定性和可用性通常采用磷酸铁锂电池或液流电池风能配套储能风力发电具有间歇性和波动性，储能系统可以平滑输出功率，提高电网的稳定性大型风电场配套储能通常采用液流电池或钠硫电池电网调峰储能电网负荷峰谷差大时，低谷时段存储电能，高峰时段释放电能，平衡电网负荷，提高电力系统的稳定性和经济性常用大型锂离子电池或钒液流电池应急备用电源为医院、数据中心、通信基站等关键设施提供应急电源，确保在电网故障时继续供电常用铅酸蓄电池或锂离子电池绿色能源与环保电池趋势无汞干电池可回收与无毒材料传统碱性电池含有少量汞，用于抑制锌腐蚀现代无汞电池通过优化锌电池行业正在积极研发和采用更环保的材料合金成分和添加有机抑制剂来实现无汞化，大大减少了对环境的污染•有机电解质替代传统含氟有机溶剂目前市场上销售的几乎所有一次性电池都已实现无汞化，符合欧盟RoHS•水系电解液减少有机溶剂使用指令和中国的相关环保法规•生物降解隔膜使用纤维素等材料•低钴或无钴正极减少稀有金属使用•全固态电池消除液体电解质泄漏风险•生物电池利用酶或微生物作为催化剂化学电源的性能优化材料革新结构改进开发新型电极材料，如硅碳复合负极、高镍三优化电池的结构设计，如双面涂覆电极、多层元正极、富锂锰基材料等，提高电池的能量密复合隔膜、高能量密度叠片结构等，提高电池度和循环寿命的体积能量密度采用纳米材料和纳米结构设计，增大电极比表改进电极制备工艺，如干法电极技术、水系粘面积，提高电化学反应速率和材料利用率结剂应用等，降低生产成本和环境影响电解液优化开发新型电解液体系，如高电压电解液、低温电解液、阻燃电解液等，提高电池的安全性和使用温度范围添加功能性添加剂，如成膜添加剂、过充保护添加剂、阻燃添加剂等，改善电池的各项性能电池故障与安全问题热失控电池内部温度失控上升，导致连锁反应，最终可能引起起火或爆炸常见原因包括过充电、过放电、外部短路、机械损伤、制造缺陷等典型案例三星Note7电池事件、电动汽车自燃事故等漏液问题电池电解液泄漏，可能导致设备腐蚀损坏，甚至造成人员皮肤化学灼伤常见于使用过久的碱性电池或密封不良的电池短路风险电池内部短路可能由金属锂析出形成的枝晶穿透隔膜、制造缺陷或机械损伤引起，会导致电池快速放电、发热甚至着火安全防护设计现代电池通常配备多重安全保护机制正温度系数PTC元件、安全阀、热熔断器、电池管理系统BMS等，以防止安全事故电池废弃物及回收处理环境污染风险回收工艺简析废旧电池若处理不当会造成严重环境问题现代电池回收通常包括以下步骤•重金属污染镉、铅、汞等可污染土壤和水源

1.收集与分类按电池类型分类存储•电解液泄漏含有腐蚀性和有毒物质

2.预处理拆解、破碎和分选•燃烧风险锂电池燃烧会释放有毒气体

3.冶金处理火法冶金或湿法冶金提取有价金属•资源浪费稀有金属如钴、锂等未被回收利用

4.精炼与纯化提高回收金属纯度

5.再生材料制备将回收材料用于新电池生产锂离子电池回收可回收钴、镍、锰、锂等金属，资源回收率可达95%以上新型电池前瞻锂硫电池1-高能量密度原理技术难点发展方向锂硫电池理论能量密度高达2600Wh/kg，是多硫化物穿梭效应导致容量衰减和循环寿命开发高性能硫载体多孔碳材料、石墨烯等传统锂离子电池的5倍短改进电解质添加多硫化物阻断剂负极金属锂；正极硫或硫化合物；电解体积膨胀充放电过程中硫电极体积变化大锂负极保护构建稳定的固体电解质界面层质有机电解液锂枝晶金属锂负极容易形成枝晶，带来安全放电反应16Li+S₈→8Li₂S隐患新型电池前瞻固态电池2固态电池概念技术优势固态电池是使用固体电解质替代传统液体电解质的电池，固体电解质可•安全性提升消除可燃液体电解质，降低热失控风险以是无机陶瓷材料、固体聚合物或复合材料•更高能量密度可使用金属锂负极，提高能量密度主要类型•更宽温度范围适应-40℃到100℃的工作环境•更长使用寿命理论循环寿命可达5000次以上•氧化物类如LLZO、LATP等•更高工作电压固体电解质具有更宽的电化学窗口•硫化物类如LGPS、Li₃PS₄等•聚合物类如PEO基固体电解质全固态电池有望在未来5-10年内实现商业化，成为下一代电池技术的主要方向•复合类无机-聚合物复合电解质新型电池前瞻钠离子电池3替代锂资源的优势钠离子电池工作原理与锂离子电池类似，但使用更丰富的钠元素替代锂钠在地壳中的丰度为

2.3%，是锂

0.0065%的350倍，资源丰富且分布广泛，成本更低技术原理负极主要使用硬碳材料，而非石墨正极层状氧化物、普鲁士蓝类材料等电解质NaPF₆或NaClO₄溶于碳酸酯类溶剂工作原理基于钠离子在正负极之间的嵌入/脱出过程性能与应用前景能量密度目前约120-150Wh/kg，低于锂离子电池成本优势比锂离子电池成本低20%-30%安全性较锂离子电池更安全，热稳定性更好适用场景大型储能系统、低速电动车、家用电器等电池的社会与经济影响能源结构革命新能源汽车产业链化学电源技术的发展正在推动全球能源结构深刻变革电池技术推动了全球汽车产业转型•可再生能源渗透率提高解决间歇性问题•整车制造业结构变化•分布式能源系统兴起提高能源利用效率•充电基础设施建设•能源互联网概念实现双向流动的智能电网•锂、钴、镍等资源价值提升•峰谷电价差异减小平衡电力供需•电池回收产业兴起•能源自给自足可能性增加降低地缘政治影响•汽车使用成本降低电池标准与安全规范1国际标准IEC62133便携式密封二次电池安全要求IEC61960锂二次电池性能测试方法UN

38.3锂电池运输安全测试UL1642锂电池安全标准2中国标准GB/T18287手机用锂离子电池总规范GB31241便携式电子产品用锂离子电池安全要求GB/T31484电动汽车用动力蓄电池循环寿命要求及测试方法3认证体系CE认证欧盟市场准入CQC认证中国质量认证UL认证北美市场安全认证MSDS材料安全数据表化学电源知识与学科交叉机械工程材料科学电池结构设计、散热系统、自动化生产线，确保电池的机械完整性和生产效率研发新型电极材料、电解质和隔膜，提高电池的能量密度、循环寿命和安全性电子工程电池管理系统BMS设计、数据采集和处理、故障诊断，保障电池安全运行计算机科学环境工程电池性能模拟、材料设计、大数据分析，加速电池研发和优化过程电池回收技术、环境影响评估、生命周期分析，减少电池对环境的影响人工智能与智能电池管理AI在电池管理中的应用智能电池案例人工智能技术正在革新电池管理系统，提高电池的安全性、寿命和效特斯拉电池管理系统率利用机器学习算法优化电池充放电控制，通过OTA升级持续改进电池性•电池状态估计准确预测剩余电量SOC和健康状态SOH能系统能实时监控数千个电池单体，并根据使用模式调整电池管理策略•故障预测与诊断提前发现潜在问题•充电策略优化根据使用场景和电池状态调整充电曲线华为智能快充技术•寿命预测基于使用数据预测电池剩余寿命采用AI算法实时监控充电过程，根据电池温度、电压和电阻变化动态调•热管理优化实时调整散热策略整充电电流，在保证安全的前提下最大化充电速度电化学测量实验1实验准备准备电极材料（如锌片、铜片）、电解质溶液（如硫酸铜、硫酸锌溶液）、盐桥、导线和测量仪器（电压表、电流表）2装置搭建将电极放入相应的电解质溶液中，用盐桥连接两个半电池，导线连接电极和测量仪器，形成完整电路3数据采集测量电池开路电压、闭路电压和不同负载下的电流，记录电极质量变化和溶液颜色变化等现象4数据分析计算电池内阻、功率输出、能量转换效率等参数，分析实验误差来源和改进方法原电池教学实验设计实验目的实验步骤通过搭建Zn-Cu原电池，观察电化学反应过程，测量电池电动势，验证电

1.称量并记录锌片和铜片的初始质量极反应规律

2.将锌片放入硫酸锌溶液，铜片放入硫酸铜溶液实验材料

3.用盐桥连接两个溶液

4.用导线连接两电极和电压表，测量电池电动势•锌片和铜片各一块

5.连接电阻，观察电流和电压变化•硫酸锌和硫酸铜溶液（1mol/L）

6.实验结束后清洗、干燥并称量两电极，计算质量变化•U型管和琼脂盐桥（KCl或KNO₃溶液）•烧杯、导线、电压表、天平实验数据分析与计算时间min电压V电流mA习题讲解电极反应式判断11选择题下列关于锌铜原电池的说法正确的是•锌电极为正极，铜电极为负极•电子从铜电极流向锌电极•锌失去电子被氧化，铜得到电子被还原•电流从锌电极流向铜电极正确答案C解析锌的活泼性大于铜，锌为负极阳极发生氧化，铜为正极阴极发生还原电子从负极流向正极，电流从正极流向负极2填空题在Mg-Fe原电池中，负极反应式为_________，正极反应式为_________正确答案负极Mg→Mg²⁺+2e⁻；正极Fe²⁺+2e⁻→Fe解析查金属活动性顺序表，Mg比Fe活泼，所以Mg为负极发生氧化，Fe为正极发生还原习题讲解计算类例题212例题1锌铜原电池计算例题2电池容量计算一个锌铜原电池，外接100Ω电阻，测得电流为

0.01A，请计算一个容量为2000mAh的锂离子电池，标称电压为

3.7V，请计算1电池的电动势1该电池完全放电可释放多少焦耳的能量？2电池的内阻2如果给一个功率为5W的设备供电，理论上可以使用多长时间？3若工作1小时，锌电极质量减少多少克？解答解答1能量=电压×电量=

3.7V×2000mAh=

3.7V×2Ah=

7.4Wh=

7.4×3600J=26640J1电阻上电压降U=I·R=

0.01A×100Ω=

1.0V2时间=能量/功率=

7.4Wh/5W=

1.48h=1小时29分钟2查表知锌铜原电池理论电动势E=

1.1V，则内阻r=E-U/I=

1.1-

1.0/

0.01=10Ω3锌电极反应Zn→Zn²⁺+2e⁻，n=2由法拉第定律m=M·I·t/n·F=

65.4×

0.01×3600/2×96500=

0.0122g习题讲解原电池正负极判别31判别法则金属活动性顺序KCaNaMgAlZnFeSnPbHCu HgAgPtAu2例题分析在金属-金属盐原电池中，活泼的金属为负极阳极，不活泼的金属为正极阴极情景题将一个铁钉和一个铜片分别插入柠檬中，用导线连接，可以点亮小灯泡请判断铁钉和铜片哪个是正极，哪个是负极？3实用口诀解析查金属活动性顺序表，Fe比Cu活泼，所以Fe为负极阳极，Cu为活泼负、不活正正极阴极氧化负、还原正质量减为负极、质量增为正极电子出为负极、电子入为正极学生创新实验与项目设计水果电池实验自制铝空气电池利用柠檬、土豆、苹果等含有酸性电解质的使用铝箔、活性炭、食盐水和纸巾制作简易水果蔬菜，插入不同的金属电极（如锌和铝空气电池铝作为负极，活性炭作为正极铜），制作简易原电池催化剂，食盐水作为电解质可比较不同水果的电压差异，以及串联多个探究不同浓度电解液、不同厚度铝箔对电池水果电池的效果性能的影响国内外化学电源创新成果知名学者与团队近年重大进展•约翰·古德诺夫John B.Goodenough锂离子电池正极材料开创•硅碳复合负极提高锂离子电池能量密度的关键技术者，2019年诺贝尔化学奖获得者•高镍低钴正极材料降低对钴资源依赖的重要突破•吉野彰Akira Yoshino商业化锂离子电池发明者，2019年诺贝尔•固态电解质提高电池安全性的前沿研究化学奖获得者•钠离子电池商业化宁德时代在2021年发布首款钠离子电池•斯坦利·惠廷厄姆M.Stanley Whittingham锂离子电池先驱，•锂硫电池技术突破解决多硫化物穿梭效应的新方法2019年诺贝尔化学奖获得者•杨立军团队（中国科学院物理研究所）钠离子电池领域领先团队常见误区与易混概念澄清电解池与原电池原电池化学能→电能，自发反应，负极为阳极电解池电能→化学能，非自发反应，负极为阴极在原电池中氧化发生在阳极，在电解池中氧化发生在阴极电子流与电流电子流电子实际移动方向，从负极→正极电流正电荷移动方向（约定），从正极→负极两者方向相反，在分析电路时要注意区分电压与电动势电动势开路状态下电池两极电势差，反映化学能转化为电能的能力电压闭路状态下测得的两极电势差，小于电动势关系电压=电动势-内阻压降化学电源未来展望绿色化智能化生物基电解质使用植物提取物自诊断电池内置传感器实时监测健康状态水系电池减少有机溶剂使用智能电池管理AI优化充放电策略可降解材料减少电池废弃物影响数字孪生技术精确预测电池寿命和性能闭环回收体系资源高效再利用创新突破规模化超级电容电池兼具高能量密度和高功率密度GWh级超级工厂降低生产成本电化学-光伏集成系统直接转化太阳能大型储能电站支持可再生能源发展空气电池利用空气中氧气的高能量密度系统虚拟电厂分布式电池协同调度总结与复习基础知识化学电源定义、发展历史、能源转换原理电化学原理氧化还原反应、电极反应机理、电池工作原理电池类型原电池、燃料电池、锂离子电池等各类化学电源特点与应用实际应用消费电子、电动汽车、储能系统中的化学电源应用未来发展新型电池技术、绿色化、智能化、规模化发展趋势通过本课程的学习，同学们应掌握化学电源的基本概念、工作原理和实际应用，了解当前研究热点和未来发展方向，为进一步学习和研究奠定基础。