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电化学是一门横跨基础科学和应用科学的重要学科。《电化学与电池储能》将电化学的基础知识、新理论和新方法引入教材和课程建设中。该教材主要内容包括：电化学原理（电解质溶液基础、电化学热力学与电极/溶液界面性质、电极过程动力学及几种重要的电极过程）、电化学研究方法、电池储能（锂离子电池、新型电池、电化学电容器和燃料电池）及半导体电化学和太阳能电池。本书可作为高等院校应用化学、储能科学与技术、新能源材料与器件、能源化学工程及相关专业的高年级本科生和研究生学习电化学基础与储

能技术的教材，也可供从事电化学和新能源等方面研发的教师、科研人员和工程技术人员参考。

前言

第1章 绪论 1

1.1 电化学的概念 1

1.1.1 什么是电化学 1

1.1.2 电化学反应的特点 1

1.1.3 电化学反应体系 3

1.1.4 电化学的研究范畴 3

1.2 电化学的发展历史 4

1.3 电化学主要应用领域 5

1.3.1 经典应用领域 6

1.3.2 代表性的新领域 7

1.4 电化学学科的发展趋势 10

习题与思考题 11

第2章 电解质溶液基础 12

2.1 电解质的分类 12

2.2 电解质溶液的静态性质 13

2.2.1 电离度和电离常数 13

2.2.2 活度与活度系数 13

2.2.3 离子强度 15

2.3 电解质溶液的离子相互作用理论 16

2.3.1 强电解质溶液的离子互吸理论 16

2.3.2 离子缔合理论 20

2.4 离子的溶剂化作用与水化作用 23

2.4.1 水的性质与结构 23

2.4.2 离子水化数 24

2.4.3 溶剂化作用对离子平均活度系数的影响 25

2.5 电解质溶液的动态性质 27

2.5.1 电导、离子淌度和迁移数 27

2.5.2 电解质溶液电导的实验数据 29

2.5.3 强电解质溶液的电导理论 32

2.5.4 异常电导现象 33

2.5.5 电解质溶液的扩散现象 34

2.5.6 扩散系数、离子淌度和摩尔电导之间的关系 35

2.6 非水溶液电解质 37

2.6.1 非水溶剂中的离子溶剂化作用 37

2.6.2 非水溶液的电导率 38

2.7 电解质溶液对可充电电池的性能影响—实例分析 38

2.7.1 通过改变电解质中阴离子种类和电解质浓度改善电池性能 39

2.7.2 通过在电解质中掺入添加剂调控改善电池性能 40

习题与思考题 41

第3章 电化学热力学与电极/溶液界面性质 43

3.1 电动势形成的机理和电极电势的性质 43

3.1.1 电势与电化学势 43

3.1.2 相间电势差与电动势的组成 44

3.1.3 电极/溶液界面产生相间电势差的原因 45

3.1.4 液体接界电势 46

3.2 可逆电池的概念 48

3.2.1 可逆电池应具备的条件 48

3.2.2 可逆电池电动势的符号与电池的书写规则 49

3.3 可逆电池热力学 50

3.3.1 电池电动势和热力学平衡常数之间的关联 50

3.3.2 电动势和温度系数与其反应的ΔH和ΔS之间的关联 50

3.4 平衡电极电势与可逆电极 51

3.4.1 标准电极与标准电极电势 51

3.4.2 可逆电极的几种类型 53

3.4.3 非水溶剂中的电化学序列 54

3.4.4 非水溶剂的参比电极及工作的电势范围 56

3.5 可逆电池的分类 57

3.5.1 物理电池 57

3.5.2 浓差电池 57

3.5.3 化学电池 59

3.6 不可逆电极 60

3.6.1 不可逆电极及其电势 60

3.6.2 不可逆电极类型 62

3.6.3 可逆电极电势与不可逆电极电势的判别 63

3.7 φ-pH图及其应用 64

3.7.1 φ-pH图的定义与性质 64

3.7.2 φ-pH图的绘制方法 65

3.7.3 水的φ-pH图 66

3.7.4 金属-水系的φ-pH图 68

3.7.5 φ-pH图的局限性 71

3.8 电极/溶液界面性质 71

3.8.1 电极/溶液界面现象及其研究方法 71

3.8.2 零电荷电势 78

3.9 双电层结构模型简介 81

3.9.1 平板电容器的双电层模型 81

3.9.2 分散双电层模型 81

3.9.3 吸附双电层模型 82

3.9.4 双电层结构理论的发展 85

3.9.5 新型电化学双电层描述 87

3.10 电极/溶液界面上的吸附现象 91

3.10.1 无机阴离子的吸附 91

3.10.2 无机阳离子的吸附 93

3.10.3 分子（或离子）的吸附 93

习题与思考题 97

第4章 电极过程动力学及几种重要的电极过程 101

4.1 电化学动力学理论基础 101

4.2 电极过程的Butler-Volmer模型 104

4.2.1 电极反应的本质 104

4.2.2 Butler-Volmer模型的建立 105

4.2.3 传递系数和标准速率常数 108

4.2.4 交换电流密度 110

4.3 单电子反应的电化学极化 111

4.3.1 电化学极化下的Butler-Volmer公式 112

4.3.2 线性极化公式 114

4.3.3 Tafel公式和应用 114

4.4 多电子反应的电极动力学 115

4.4.1 多电子反应中决速步骤的计算数 116

4.4.2 多电子反应的电化学极化 117

4.4.3 多电子反应的Butler-Volmer公式 119

4.5 几种重要的电极过程 120

4.5.1 电极过程与电极反应 120

4.5.2 电极反应的特点与种类 124

4.5.3 电极过程的决速步骤 127

4.5.4 锂离子电池的电极过程与特点 128

习题与思考题 130

第5章 电化学研究方法 132

5.1 电化学测量仪器 132

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