新能源汽车超级电容电池课程教学设计.doc
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1、新能源汽车超级电容电池课程教学设计一、任务引入 (时间: 5分钟)【知识回顾】 1. 铅酸电池的结构原理及特点 2. 超铅酸电池的充放电特性。【任务分析】本次课学习内容包括超级电容电池的结构、原理和主要材料及充放电特性和优缺点。【目标要求】1.了解超级电容电池的类2.掌握超级电容电池的结构和工作原理3.了解超级电容电池正负极材料【教学活动设计】教师活动:创设情境,展示教具;学生活动:体会场景,感知实物。二、知识准备 (时间:40分钟)【相关知识】1.导入新课 超级电容电池是一种具有超级储电能力、可提供强大脉冲功率的物理二次电源,它是介于蓄电池和传统静电电容器之间的一种新型储能装置。超级电容电池
2、主要是利用电极/电解质界面电荷分离所形成的双电层,或借助电极表面快速的氧化还原反应所产生的法拉第准电容来实现电荷和能量的储存。下面我们一起进入超级电容电池的学习。2.讲授新知识引导问题 2:超级电容的概念和相关知识?教学开展:以一辆超级电容汽车引发学生探索兴趣,然后提出引导问题引导学生探索超级电容的相关知识。一、超级电容电池简介超级电容器是一种具有超级储电能力、可提供强大脉冲功率的物理二次电源。它是介于蓄电池和传统静电电容器之间的一种新型储能装置。二、超级电容电池的结构超级电容电池的结构如下图所示,是由高比表面积的多孔电极材料、集流体、多孔性电池隔膜及电解液组成。电极材料与集流体之间要紧密相连
3、,以减小接触电阻;隔膜应满足具有尽可能高的离子电导和尽可能低的电子电导的条件,一般为纤维结构的电子绝缘材料,如聚丙烯膜。电解液的类型根据电极材料的性质进行选择。三、超级电容电池的工作原理 1. 双电层电容的基本原理一对浸在电解质溶液中的固体电极在外加电场的作用下,在电极表面与电解质接触的界面电荷会重新分布、排列。作为补偿,带正电的正电极吸引电解液中的负离子,负极吸引电解液中的正离子,从而在电极表面形成紧密的双电层,由此产生的电容称为双电层电容。双电层电容原理是,由于正负离子在固体电极与电解液之间的表面上分别吸附,造成两固体电极之间的电势差,从而实现能量的存储。 2. 法拉第赝电容的基本原理法拉
4、第赝电容也叫法拉第准电容,是在电极表面活体相中的二维或三维空间上,电活性物质进行欠电位沉积,发生高度可逆的化学吸附或氧化还原反应,产生与电极充电电位有关的电容。这种电极系统的电压随电荷转移的量呈线性变化,表现出电容特征,故称为“准电容”,是作为双电层型电容的一种补充形式。法拉第准电容的充放电机理为:电解液中的离子(一般为H+或OH-)在外加电场的作用下向溶液中扩散到电极/溶液界面,而后通过界面的电化学反应进入到电极表面活性氧化物的体相中;若电极材料是具有较大比表面积的氧化物,就会有相当多这样的电化学反应发生,大量的电荷就被存储在电极中。放电时这些进入氧化物中的离子又会重新回到电解液中,同时所存
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