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电池、超级电容器和燃料电池

由电极(带正电的阴极和带负电的阳极)、导电电解质和隔板组成的电池的图示。

电池燃料电池和超级电容器是采用不同电化学能量储存和转换机制的系统,但是具有相似的电化学特性,适用于高能量和高功率密度应用。

电池

电池由电极(阴极(+)和阳极(-))、导电电解质以及阳极和阴极之间的隔板所组成。在可充电锂离子电池(LIB)中,单价锂阳离子在电极之间迁移。放电时,阳极(-)氧化(失去电子),阴极发生还原反应(获得电子)。充电时,这一过程逆转。由于其高能量、功率密度和改善的安全性和较低的材料成本,LIB革新了电子行业并进入我们生活中的方方面面,包括从移动设备到电动汽车。在2019年,开发LIB技术的科学家获得了诺贝尔化学奖。

PEM燃料电池的图示,显示了如何以氢气和氧气为燃料将化学能转换为电能。

Fuel Cells

燃料电池由阳极、阴极和导电电解质组成,通常串联连接而形成电池堆,从而提高产生的总电量。其电极由多孔材料组成,且表面涂布催化剂以产生电能。根据所用电解质的类型,燃料电池主要分为五大类:聚合物电解质膜、固体氧化物、磷酸、碱和熔融碳酸盐。聚合物电解质膜也称质子交换膜(PEM),该技术被认为最有望替代碱性燃料电池技术。

凭借高效率、低排放和低环境影响,燃料电池已经成为一种优于传统燃烧引擎的替代技术。燃料电池只产生热量和废物水,所以有望成为未来电源的候选对象,可用于包括便携式设备、固定式设备和运输解决方案在内的各种应用。

包括两个电极、电解质以及允许离子通过并分开极化电极的隔板的超级电容器的图示。

超级电容器

超级电容器的组成和电池相似。但是,超级电容器的特点在于其电荷储存能力。电极材料对超级电容器的储存性能有一定的贡献,电容器可分为三类:具有静电作用的双层电容器、具有电化学作用的准电容器和具有双重作用的混合电容器。

超级电容器是一种具有高能量储存能力、长保质期和快速充电能力的高密度能源,是混合动力汽车、便携式设备和能量捕获等领域应用的理想选择。


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