极简图解电池基本原理

　　本书深入剖析了电池的工作机制，从结构、电气及化学等多个角度为读者提供全面的讲解。全书详细解释了一次电池、二次电池、锂离子电池、燃料电池和太阳能电池等的基本结构和工作原理。为了让不擅长化学方程式的读者也能轻松理解，本书尽可能简化了表述，使用了大量直观、易懂的图表，哪怕是非常专业的理论知识也能做到通俗易懂。本书是一本难得的关于电池的科技著作，为广大从事电池科学研究的科技工作者及科技爱好者提供了通俗易懂、内容全面、理论深入的参考。通过本书的学习，读者可以快速了解电池技术的全貌，从理论上理解电池的机理，了解电池技术的实际应用现状，从而为技术创新提供具有启发性的方向和路径。

　　中村信子，日本科技普及作家。自幼即对科学有着浓厚兴趣，亲身经历了通过革新而实现无汞干电池的研发过程。在化学工程专业中，专攻金属回收领域，并以“从魔法电池中回收有价金属”为论文题目进行创作。 译者张小猛，中南大学MBA，现任美的集团东芝并购整合IT项目总负责人，主要负责美的集团海外IT整合工作。具有10多年在一流高科技公司（均为世界50强公司）的工作经验（日本电话电报→日立咨询），曾经任职于国内成长型的装备制造企业明珞装备制造有限公司，负责公司IT部门运营与开发工作。

目  录 
译者序
原书前言 
第1章电池是什么  1 
将能量转化为电能的机制 
1-1电池支撑着世界 2 
锂离子电池、干电池 
1-2按电池的原理分类 4 
化学电池、物理电池、生物电池 
1-3 对一次电池进行分类 6 
湿电池、锌系、锂系 
1-4 按电池形状分类 8 
圆柱形、纽扣形、圆形、硬币形、针形、方形、扁平形 
1-5 电池的起源和历史 10 
巴格达电池、动物电、伏打电堆 
1-6 世界上首个化学电池的诞生 12 
伏打电池、电子、电流 
1-7 世界上首个化学电池的工作原理 14 
离子化倾向、电解质、氧化反应、还原反应 
1-8 世界上首个化学电池未能实用化的原因 16 
氢气气泡、极化、氧化亚铜 
1-9 通向下一代电池的开发 18 
丹尼尔电池、隔膜、电中性原理 
1-10 与锌锰干电池相关的电池开发 20 
勒克朗谢电池、二氧化锰、氯化铵 
1-11 不会泄漏液体的“干式”电池诞生 22 
加斯纳干电池、屋井干电池 
实践活动 来动手制作一个硬币电池堆吧  24 
第2章一次电池  25 
最广泛使用的一次电池 
2-1 电池的基本结构和工作原理 26 
电极、电解质、集流体、短路电路 
2-2 电池性能的参数指标 28 
标准电极电位、额定电压、电池容量、能量密度 
2-3 成为电池普及契机的干电池 30 
锌锰干电池、氯化锌、还原剂 
2-4 功率强大且持久的电池 32 
碱性锌锰干电池、氢氧化钾、锌粉 
2-5 棘手的自放电解决方案 34 
自放电、汞合金、氢过电压 
2-6 实现无汞化的道路 36 
水俣病、无汞化（Zero）、氢气、电解二氧化锰 
2-7 干电池中99%的故障出于安全原因发生 38 
过放电、反向连接、垫圈 
2-8 因公害问题而消失的电池 40 
锌汞电池、放电电压、氧化汞 
2-9 在手表中深受欢迎的小型电池 42 
银锌电池、氧化银、银 
2-10 长期使用在助听器中的电池 44 
锌空气电池、助听器、氧气 
2-11 一次电池之王 46 
锂、锂电池、锂一次电池 
2-12 在家用设备供电中大显身手的电池 48 
锰酸锂电池，内包外结构、螺旋结构 
2-13 具有高耐热性和可使用10年以上的电池 50 
氟化石墨锂电池、汽车配件、碳 
2-14 日本No.1!高电压、长寿命的电池 52 
锂亚硫酰氯电池、氯化锂、被膜 
2-15 在人工心脏起搏器中使用的电池 54 
锂碘电池、碘化锂 
2-16 比干电池更持久的电池 56 
锂硫化铁电池、锂氧化铜电池、二硫化铁  
2-17 比碱性锌锰干电池持久17倍的电池 58 
镍干电池、羟基氧化镍、初始电压 
2-18 大容量且能保持一定电压的电池 60 
氧化物干电池、高性能碱性锌锰干电池 
2-19 使用水的电池:创新储能方式 62 
水电池、镁合金、注水电池 
2-20 使用海水的电池 64 
海水、海水电池、镁注水电池 
2-21 能够长期保存的电池 66 
储备电池、熔融盐电池、发热剂 
实践活动 来制作柠檬电池吧  68 
第3章可重复使用的电池  69 
支撑社会发展的二次电池（蓄电池） 
3-1 电气储存电池 70 
二次电池、放电、充电 
3-2 二次电池的分类 72 
民用、车载用、固定放置用 
3-3 拥有最悠久历史的二次电池 74 
铅酸蓄电池 
3-4 充电式电池为何不能永久使用 76 
逆反应、硫酸化现象、过充电 
3-5 蓄电池的种类 78 
膏式、栅式与记忆效应揭秘 
3-6 蓄电池结构 80 
蓄电池的奥秘:单体电池、通风型与密闭阀控式的结构解析 
3-7 曾经在小型家电中大显身手的电池 82 
镍镉电池、镉、羟基氧化镍 
3-8 为何电池领域仍持续选用镉 84 
痛痛病与氧气 
3-9 关于放电后未即时充电的误解 86 
完全放电、刷新操作及制造禁令 
3-10 爱迪生发明的电池 88 
爱迪生、镍铁电池   
3-11 再次成为焦点的二次电池 90 
碱性二次电池、镍锌电池、循环寿命
3-12 充放电过程中引起的故障 92 
枝晶、树状结晶、离子导电膜 
3-13 使用氢的二次电池 94 
镍氢电池、贮氢合金、混合动力汽车 
3-14 使用氢的二次电池工作原理 96 
MH、刷新功能、充电保养 
3-15 在宇宙中活跃的使用氢的电池 98 
Ni-H 2 电池
3-16 能够储存大量电能的二次电池 100
 NaS电池、β-氧化铝、熔融盐二次电池 
3-17 储存较大能量的二次电池注意事项 102 
金属钠、模块电池、NaS电池系统 
3-18 在偏远地区活跃的二次电池 104 
偏远地区电网、混合储能系统、智能电网 
3-19 在日本实现实用化的大规模二次电池 106 
氧化还原液流电池、钒系、液流电池 
3-20 安全且寿命长，期待普及的二次电池 108 
价数、钒离子、常温反应 
3-21 未能广泛普及的二次电池 110 
斑马电池、氯化镍、氯化铝钠 
3-22 多次被期待实用化，至今仍在研究中的二次电池 112 
溴、卤素、锌溴电池 
3-23 可以充电的一次电池 114 
烫伤危险、禁止充电、锌空气二次电池 
实践活动 用备长炭制作铝空气电池  116 
第4章彻底改变我们生活的电池  117 
锂离子电池及同类电池 
4-1 选择不使用金属锂 118 
锂离子电池、金属锂、吸附
 4-2 锂离子电池的诞生 120 
石墨、层状结构、插层反应 
4-3 划时代的电池放电反应 122 
钴酸锂、钴酸锂电池 
4-4 划时代的电池充电反应 124 
离子的往返、电极的溶解与析出、摇椅式电池 
4-5 钴酸锂电池:标准的强者 126 
钴、能量密度与有机溶剂 
4-6 锂离子电池的形状与用途 128 
叠层形、层压薄膜、聚合物状 
4-7 锂离子电池的分类 130 
含有锂离子的复合材料 
4-8 无钴锂离子电池 132 
锰酸锂离子电池、锰酸锂、尖晶石型 
4-9 被全球电动汽车制造商选中的锂离子电池 134 
磷酸铁锂离子电池、磷酸铁锂、橄榄石型晶体结构 
4-10 弥补钴系缺点的锂离子电池 136 
三元系锂离子电池、三元系、三种混合 
4-11 弥补镍系缺点的锂离子电池 138 
镍系锂离子电池、镍系、氧化镍酸锂 
4-12 被叠层保护的锂离子电池 140 
锂离子聚合物电池、聚合物、凝胶状 
4-13 使用非石墨负极活性物质的锂离子电池 142 
钛酸锂、钛酸系锂离子电池 
4-14 使用锂合金的锂二次电池① 144 
锰酸锂二次电池、锂铝合金、锰锂二次电池 
4-15 使用锂合金的锂二次电池② 146 
钒锂二次电池、铌锂二次电池 
4-16 电动汽车普及的关键 148 
全固态电池、固体电解质、玻璃陶瓷 
4-17 备受期待的拥有最高能量密度的锂二次电池 150 
锂空气二次电池、金属空气电池、催化剂 
4-18 可大型化也可小型化的锂二次电池 152 
锂硫电池、硫、中间产物 
4-19 下一代电池的有力候选 154 
钠离子电池、全固态钠离子电池、钾离子电池 
4-20 大容量且安全的非锂离子电池 156 
镁、多价离子、多价离子电池 
4-21 混合了两种电池的锂系电池 158 
锂离子电容器 实践活动 思考阳台发电所需的工具  160 
第5章担当清洁、安全发电使命的电池  161 
助力解决下一代能源问题的燃料电池 
5-1 能产生水和电的电池 162 
燃料电池、电能、电解 
5-2 用电分解水 164 
燃料电极、空气电极、阳离子交换型 
5-3 掌握巨大能量的钥匙:氢气 166 
氢气、能量效率、多孔性结构
5-4 燃料电池的分类 168 
按电解液种类、燃料种类、运行温度分类 
5-5 在宇宙中活跃的燃料电池 170 
碱性燃料电池、阴离子交换型、氢氧根离子 
5-6 能有效利用废热的燃料电池 172 
磷酸燃料电池、中毒效应、改质处理 
5-7 适合大规模发电的燃料电池 174 
熔融碳酸盐燃料电池、熔融碳酸盐、二氧化碳
5-8 能够长时间使用的燃料电池 176 
固体氧化物燃料电池、固体氧化物、氧离子 
5-9 解决能源问题的下一代燃料电池 178 
固体高分子燃料电池、固体聚合物、水分管理 
5-10 有望实现小型轻量化的燃料电池 180 
甲醇、直接甲醇燃料电池、交叉渗透现象 
5-11 利用微生物酶产生电力 182 
生物燃料电池、酶 
5-12 在家制造电力和热水 184 
能源农场、家用燃料电池 
实践活动 用铅笔和水制作燃料电池  186 
第6章将光和热转化为电能  187 
探索无化学反应的物理电池 
6-1 将太阳光转化为电能的电池 188 
太阳能电池、光生伏打效应、太阳能发电、硒太阳能电池 
6-2 太阳能电池分类 190 
硅系、化合物系、有机系 
6-3 太阳能电池不可或缺的材料 192 
半导体、n型半导体、p型半导体、空穴 
6-4 最普遍的太阳能电池 194 
耗尽层、反射防止膜、铝电极 
6-5 下一代强有力的太阳能电池 196 
色素增感型太阳能电池、钙钛矿太阳能电池、钙钛矿 
6-6 从热中提取电力的电池 198 
泽贝克效应、热电池、热电转换元件 
6-7 从核能中制造电力 200 
核能电池、放射性物质、钚 
6-8 不发生化学反应就能储存电力的蓄电装置① 202 
电容器、介电极化、双电层、双电层电容器 
6-9 不发生化学反应就能储存电力的蓄电装置② 204 
阳离子、阴离子 实践活动 自制莱顿瓶（电容器）  206 
第7章电池世界  207 
处于变化之中的日本电力能源 
7-1 可再生能源的电力储存与二次电池 208 
化石燃料、稳定供应、电力储存 
7-2 将二氧化碳排放量降至零 210 
碳中和、1.5℃、温室气体 
7-3 改变日本能源结构的电动汽车 212 
电动汽车、零排放电源、能源结构 
7-4 发电厂虚拟化 214 
虚拟电厂、物联网技术、聚合商 
7-5 解决可再生能源问题的负瓦特交易 216 
需求响应、电价型需求响应、激励型需求响应（负瓦特交易） 
7-6 锂离子电池的回收 218 
回收、精炼废弃物、再利用 
实践活动 尝试在阳台上安装太阳能发电系统  220