页数：173页文件大小：2.07 MB来源： 应用化学ppt课件
本课件系统讲解各类化学电源，从一次电池、铅蓄电池、镍镉与镍氢电池讲到锂离子电池的正负极材料、电解液与固体电解质层，并扩展至燃料电池、太阳能电池、生物电池的原理与结构，最后介绍电解、电解精炼、氯碱工业与电镀工艺。
第二章电池
ACuZn稀H2SO4［问题］在日常生活和学习中，你用过哪些电池，你知道电池的其它应用吗？
用于汽车的铅蓄电池和燃料电池
用于“神六”的太阳能电池笔记本电脑专用电池手机专用电池摄像机专用电池
电池化学电池太阳能电池原子能电池将化学能转换成电能的装置将太阳能转换成电能的装置将放射性同位素自然衰变时产生的热能通过热能转换器转变为电能的装置电池的种类
燃料电池二次电池一次电池化学电池定义例子电池中的反应物质进行一次氧化还原反应并放电之后，就不能再次利用．又称充电电池或蓄电池在放电后经充电可使电池中的活性物质获得重生，恢复工作能力，可多次重复使用．是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化成电能的化学电源，又称连续电池．干电池：电池中的电解质溶液制成胶体，不流动，故称干电池．铅蓄电池、锌银蓄电池、镍镉电池、锂离子电池氢气、甲醇、天然气、煤气与氧气组成燃料电池。
普通锌锰电池、碱性锌锰电池、锌银纽扣电池第一节化学电池1、化学电池的分类
２、化学电池优点（１）能量转换效率高，供能稳定可靠。（２）可以制成各种形状和大小、不同容量和电压的电池和电池组，使用方便。（３）易维护，可在各种环境下工作。３、判断电池优劣的标准除特殊情况外，质量轻、体积小而输出电能多、功率大、储存时间长的电池，其质量好。
第二节一次电池锌筒石墨棒MnO2和C普通锌-锰干电池的结构NH4Cl、ZnCl2和H2O等1、干电池负极正极电池反应：氢氧化氧锰Zn–2e-= Zn2+（MnO2和C）：普通锌锰电池（Zn）：
2、碱性锌-锰干电池负极：正极：电池反应：电解质：KOH—Zn—MnO2Zn + 2OH--2e-= Zn(OH)22MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2［思考］该电池的正负极材料和电解质．碱性电池
3、锌银纽扣电池Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-锌-氧化银纽扣电池，算是纽扣电池中的佼佼者。
电压1.55V，容量高于碳性，碱性纽扣电池，高阶放电曲线平稳，大约有90%的部分始终稳定在1.45V以上，放电曲线几乎成一条直线，然后迅速掉电，电压竖直掉下去。主要的用途是：计算器，助听器，相机，手表等。Zn＋2OH-－2e-= ZnO＋H2O负极：正极：
第三节二次电池蓄电池1、铅蓄电池由哪几部分组成2、铅蓄电池内部分为几个单格？一格的静止电动势约为多少？3、正、负极板上的活性物质各是什么？4、铅蓄电池的每一个单格都有一个加液孔，孔盖上通气孔，其作用？5、蓄电池放电终了特征？
放电时两极板上生成什么物质，电解液有何变化？6、蓄电池充电终了特征？充电时两极板上各生成什么物质？电解液有何变化？问题
蓄电池的结构极板、隔板、电解液、外壳极板—由栅架和活性物质组成。正极板：二氧化铅（PbO2),棕红色负极板：海绵状纯铅（Pb）,深灰色隔板：在正、负极板间起绝缘作用，可使电池结构紧凑。A、隔板有许多微孔，让电解液畅通无阻。B、隔板一面平整，一面有沟槽。
沟槽面对着正极板。使充放电时，电解液能通过沟槽及时供给正极板，当正极板上的活性物质PbO2脱落时能迅速通过沟槽沉入容器底部。壳体：硬橡胶、塑料两种。外壳上有链条和加液孔联条：串联各单格电池，材料为铅。
加液孔盖：蓄电池的每一个单格都有一个加液孔，为加注电解液和检测电解液密度所用，孔盖上有通气孔，该小孔应经常保持畅通，一便随时排除蓄电池化学反应放出的氢气和氧气，防止外壳涨列和发生事故。
电解液：用纯硫酸和蒸馏水按一定的比例配制成配制成的电解液比重一般在1.24～1.30g/ cm3之间。1铅蓄电池
蓄电池的工作原理正极板：PbO2→ Pb4+＋2.0V负极板：Pb-2e→Pb2+-0.1V两极板之间的电动势为2.1V串连6个放电时化学反应：负极板：Pb-2e→Pb2+Pb2++SO42-→PbSO4附在负极板上正极板：Pb4++2e→Pb2+Pb2++SO42-→PbSO4附在正极板上总反应：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O充电时化学反应：正极板：PbSO4→ Pb2++ SO42-Pb2+-2e → Pb4+PbSO4+2H2O → PbO2+2H2SO4负极板：PbSO4→ Pb2++ SO42-Pb2++ 2e → Pb总反应：2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4
蓄电池常见的故障极板上生成一层白色粗晶粒的PbSO4，在正常充电时不能转化为PbO2和Pb的现象。（1）硫化的电池放电时，电压急剧降低，过早降至终止电压，电池容量减小。
（2）蓄电池充电时单格电压上升过快，电解液温度迅速升高，但密度增加缓慢，过早产生气泡，甚至一充电就有气泡。故障特征（1）蓄电池长期充电不足或放电后没有及时充电，导致极板上的PbSO4有一部分溶解于电解液中，环境温度越高，溶解度越大。
当环境温度降低时，溶解度减小，溶解的PbSO4就会重新析出，在极板上再次结晶，形成硫化。（2）电解液液面过低，使极板上部与空气接触而被氧化，在行车中，电解液上下波动与极板的氧化部分接触，会生成大晶粒PbSO4硬化层，使极板上部硫化。
（3）长期过量放电或小电流深度放电，使极板深处活性物质的孔隙内生成PbSO4。（4）新蓄电池初充电不彻底，活性物质未得到充分还原。（5）电解液密度过高、成分不纯，外部气温变化剧烈。故障原因轻度硫化的蓄电池，可用小电流长时间充电的方法予以排除；
硫化较严重者采用去硫化充电方法消除硫化；硫化特别严重的蓄电池应报废。排除方法故障一：极板硫化
主要指正极板上的活性物质PbO2的脱落。蓄电池容量减小，充电时从加液孔中可看到有褐色物质，电解液浑浊。故障特征（1）蓄电池充电电流过大，电解液温度过高，使活性物质膨胀、松软而易于脱落。
（2）蓄电池经常过充电，极板孔隙中逸出大量气体，在极板孔隙中造成压力，而使活性物质脱落。（3）经常低温大电流放电使极板弯曲变形，导致活性物质脱落。（4）汽车行驶中的颠簸振动。故障原因对于活性物质脱落的铅蓄电池，若沉积物较少时，可清除后继续使用；
若沉积物较多时，应更换新极板和电解液。排除方法故障二：活性物质脱落主要是正极板栅架腐蚀，极板呈腐烂状态，活性物质以块状堆积在隔板之间，蓄电池输出容量降低。故障特征（1）蓄电池经常过充电，正极板处产生的O2使栅架氧化。
（2）电解液密度、温度过高、充电时间过长，会加速极板腐蚀。（3）电解液不纯。故障原因腐蚀较轻的蓄电池，电解液中如果有杂质，应倒出电解液，并反复用蒸馏水清洗，然后加入新的电解液，充电后即可使用；
腐蚀较严重的蓄电池，如果是电解液密度过高，可将其调整到规定值，在不充电的情况下继续使用；腐蚀严重的蓄电池，如栅架断裂、活性物质成块脱落等，则需更换极板。排除方法故障三：极板栅架腐蚀
蓄电池正、负极板直接接触或被其它导电物质搭接称为极板短路。极板短路的蓄电池充电时充电电压很低或为零，电解液温度迅速升高，密度上升很慢，充电末期气泡很少。故障特征（1）隔板破损使正、负极板直接接触。（2）活性物质大量脱落，沉积后将正、负极板连通。
（3）极板组弯曲。（4）导电物体落入池内。故障原因出现极板短路时，必须将蓄电池拆开检查。更换破损的隔板，消除沉积的活性物质，校正或更换弯曲的极板组等。排除方法蓄电池在无负载的状态下，电量自动消失的现象称为自放电。
如果充足电的蓄电池在30天之内每昼夜容量降低超过2%，称为故障性自放电。故障特征（1）电解液不纯，杂质与极板之间以及沉附于极板上的不同杂质之间形成电位差，通过电解液产生局部放电。（2）蓄电池长期存放，硫酸下沉，使极板上、下部产生电位差引起自放电。
（3）蓄电池溢出的电解液堆积在电池盖的表面，使正、负极柱形成通路。（4）极板活性物质脱落，下部沉积物过多使极板短路。故障原因自放电较轻的蓄电池，可将其正常放完电后，倒出电解液，用蒸馏水反复清洗干净，再加入新电解液，充足电后即可使用；
自放电较为严重时，应将电池完全放电，倒出电解液，取出极板组，抽出隔板，用蒸馏水冲洗之后重新组装，加入新的电解液重新充电后使用。排除方法故障五：自放电故障四：极板短路
2镍镉（氢）蓄电池工作原理1.放电过程中的电化学反应负极反应正极反应总反应2.充电过程中的化学反应充电时负极板上的氢氧化镉，先电离成镉离子和氢氧根离子，然后镉离子从外电路获得电子，生成镉原子附着在极板上，而氢氧根离子进入溶液参与正极反应镍镉电池使用过程中，如果电量没有全部放完就开始充电，下次再放电时，就不能放出全部电量。
比如，镍镉电池只放出80%的电量后就开始充电，充足电后，该电池也只能放出80%的电量，这种现象称为记忆效应。电池全部放完电后，极板上的结晶体很小。电池部分放电后，氢氧化亚镍没有完全变为氢氧化镍，剩余的氢氧化亚镍将结合在一起，形成较大的结晶体。
结晶体变大是镍镉电池产生记忆效应的主要原因。贵！
镍氢电池和同体积的镍镉电池相比，容量增加一倍，充放电循环寿命也较长，并且无记忆效应。
镍氢电池正极的活性物质为NiOOH（放电时）和Ni(OH)2(充电时)，负极板的活性性物质为H2（放电时）和H2O（充电时），电解液采用30%的氢氧化钾溶液，充放电时的电化学反应如下：过量充电时的电化学反应：比较（镍镉）由于有催化剂的氢电极面积大，而且氢气能够随时扩散到氢电极表面，因此，氢气和氧气能够很容易在蓄电池内部再化合生成水，使容器内的气体压力保持不变，这种再化合的速率很快，可以使蓄电池内部氧气的浓度，不超过千分之几。
过充电时，电池内产生的大量气体，如果不能很快复合，电池内部的压力就会显著增加，这样将损伤电池。气泡聚集在极板表面，将减小极板表面参与化学反应的面积并且增加电池的内阻。
放电终止电压是指蓄电池放电时允许的最低电压。如果电压低于放电终止电压后蓄电池继续放电，电池两端电压会迅速下降，形成深度放电，这样，极板上形成的生成物在正常充电时就不易再恢复，从而影响电池的寿命。
蓄电池参数蓄电池的五个主要参数为：电池的容量、标称电压、内阻、放电终止电压和充电终止电压。电池的容量通常用Ah(安时)表示，1Ah就是能在1A的电流下放电1小时。
单元电池内活性物质的数量决定单元电池含有的电荷量，而活性物质的含量则由电池使用的材料和体积决定，因此，通常电池体积越大，容量越高。与电池容量相关的一个参数是蓄电池的充电电流。蓄电池的充电电流通常用充电速率C表示，C为蓄电池的额定容量。
例如，用2A电流对1Ah电池充电，充电速率就是2C；同样地，用2A电流对500mAh电池充电，充电速率就是4C。标称电压：电池刚出厂时，正负极之间的电势差。标称电压由极板材料的电极电位和内部电解液的浓度决定。
当环境温度、使用时间和工作状态变化时，单元电池的输出电压略有变化，此外，电池的输出电压与电池的剩余电量也有一定关系。单元镍镉电池的标称电压约为1.3V（但一般认为是1.25V），单元镍氢电池的标称电压为1.25V。电池的内阻决定于极板的电阻和离子流的阻抗。
在充放电过程中，极板的电阻是不变的，但是，离子流的阻抗将随电解液浓度的变化和带电离子的增减而变化。充电终止电压：蓄电池充足电时，极板上的活*物质已达到饱和状态，再继续充电，蓄电池的电压也不会上升，此时的电压称为充电终止电压。
镍镉电池的充电终止电压为1.75~1.8V，镍氢电池的充电终止电压为1.5V。
• 锂离子电池的工作原理正极负极电池
具有高比能量、长循环寿命、较宽的工作温度范围、高可靠性等优点• 锂离子电池的优点
二、正极材料• 对锂离子正负极材料的要求：1.具有层状或隧道的晶体结构，以利于锂离子的嵌入和脱出，该晶体结构牢固，在充放电电压范围内的稳定性好，使电极具有良好的充放可逆性，以保证锂离子电池的循环寿命;2.充放电过程中，应有尽可能多的锂离子嵌入和脱出，使电极具有较高的电化学容量;3.在锂离子进行嵌脱时，电极反应的自由能变化应较小，以使电池有较平稳的充放电电压，以利于锂离子电池的广泛应用;λ锂离子应有较大的扩散系数，以减少极化造成的能量损耗，保证电池有较好的快充放电性能;λ分子量小，提高重量能量密度；
摩尔体积小，提高体积能量密度.
三种正极活性材料性能比较：下表列出三种材料的性能特点与容量数据。
| 材料名称 | 性能特点 | 价格比 | 密度(g/cm3) | 实际比容量(mAh/g) | 理论比容量(mAh/g) |
|---|---|---|---|---|---|
| LiCoO2 | 性能稳定，体积比能量高，放电平台平稳 | 3 | 5.00 | 130-140 | 275 |
| LiNiO2 | 高比容量，热稳定性较差，价格较低 | 2 | 4.78 | 170-180 | 274 |
| LiMn2O4 | 低成本，比容量较低，高温循环和存放性能较差，安全性好 | 1 | 4.28 | 100-120 | 148 |
注：表格按源文件文字顺序重建，价格比与密度等数值依原文录入。
四、电解液• 对锂离子电池电解液的要求1.锂离子电导率高。在一般稳定范围内，电导率要达到3×10-3～2×10-2S/cm。2.电化学窗口大。即电化学性能在较宽的范围内不发生分解反应。3.电解质的可用液态范围宽，在－40～70℃范围内均为液态。
4.热性能稳定，在较宽的范围内不发生分解反应。5.化学稳定性高，即与电池体系的电极材料、集流体、隔膜、粘接剂等基本上不发生反应。6.最大可能促进电极可逆反应的进行；7.没有毒性，使用安全；8.容易制备，成本低。
电池安全性能测试项目：下表列出新电池与循环后电池的试验条件。
| 项目 | 试验条件 | 新电池 | 循环后电池 |
|---|---|---|---|
| 短路 | 外电路电阻小于50mΩ | 不起火、不爆炸 | 不起火、不爆炸 |
| 过充电 | 1C电流充电至规定电压 | 不起火、不爆炸 | 不起火、不爆炸 |
| 异常电流充电 | 以规定大电流充电 | 不起火、不爆炸 | 不起火、不爆炸 |
| 针刺 | 钢针贯穿电池 | 不起火、不爆炸 | 不起火、不爆炸 |
| 挤压 | 施加规定压力挤压 | 不起火、不爆炸 | 不起火、不爆炸 |
| 振动 | 规定频率与振幅振动 | 不漏液、不爆炸 | 不漏液、不爆炸 |
| 落下 | 自规定高度自由落下 | 不漏液、不爆炸 | 不漏液、不爆炸 |
| 箱内加热 | 恒温箱内加热至规定温度 | 不起火、不爆炸 | 不起火、不爆炸 |
| 焚烧 | 置于火焰上焚烧 | 不爆炸 | 不爆炸 |
注：源文件仅给出测试项目与条件名称，"新电池""循环后电池"两列要求依原文表述录入。
“是什么东西使得我国无以数计的城镇的春天之音沉寂下来了呢？
”－－摘自美国科学家卡逊的警世之作《寂静的春天》草树知春不久归，百般红紫斗芳菲
被石油污染的企鹅黑色天空五颜六色的水不堪重负的大地－山西某矿区传统能源对环境污染起了推波助澜的作用
吞烟吐雾的火力发电站招摇过市的冒烟车
• 若可以不要经过这些复杂且不必要的化学变化，而是直接將燃料转换成电能，理论上就可以大幅提高能源转换的效率！Who will be（无污染、效率高）未来能源希望之星？
！燃料电池
《应用电化学》第二章电池第五节燃料电池
四工作原理（重点掌握内容）－质子交换膜燃料电池• 燃料电池是利用水的电解的逆反应的"发电机"。工作时向负极供给燃料（氢），向正极供给氧化剂（空气）。氢在负极分解成正离子H+和电子e-。氢离子进入电解液中，而电子则沿外部电路移向正极。用电的负载就接在外部电路中。
在正极上，空气中的氧同电解液中的氢离子吸收抵达正极上的电子形成水。这正是水的电解反应的逆过程。按此看动画
提问：比较燃料电池与一次电池（干电池、锌银纽扣电池）、二次电池（铅酸蓄电池、镍镉/氢电池、锂离子电池）在工作原理上的差异及各电池的特征？
IBM研制出采用燃料电池的ThinkPad原型机加拿大Angstrom Power的公司生产出了全球第一款手机使用的燃料电池，并已经应用到了摩托罗拉L7手机中六最新科技－燃料电池商业化产品
在美国加利福尼亚举办的第三届CaFCP公路拉力赛上，一款由面向未来、当前最畅销的欧洲车格外引人注目，这就是全新的大众汽车TouranHyMotion。这辆多功能轿车使用一台燃料电池为其高扭矩电动机提供能量。这是一款最新型的绝对零排放的多功能轿车。
零排放燃料电池汽车--大众途安红豆集团旗下的千里马车业公司联手上海攀业共同开发的全新一代燃料电池自行车为我们实现了这一梦想。全新“绿色天使”系列燃料电池自行车是第一款批量出口的燃料电池自行车。全新一代燃料电池自行车
中国完全自主知识产权、自主品牌的第四代燃料电池汽车近日亮相上海同济大学校园。
该车最高时速可达一百五十公里以上，百公里加速时间也从之前的十九秒缩至十五秒，加一次氢气更是可以持续行驶超过三百公里，无论是在驾驶性能上还是在环保性能上都堪称“未来汽车”的典范。
同济大学汽车学院研制的第四代燃料电池汽车
------美国空军学院研究的氢燃料电池无人机
七课程实践－实验室自制简易燃料电池• 所需器材透明塑胶罐、废四号干电池、计算器、LED灯利用废电池的碳棒当作电极，因为碳棒(石墨)的表面有許多細小的毛孔，所以可以吸附部分的气体，是制作简易燃料电池很方便的材料，方便又环保！
利用电源供应器电解一段時間后，使正极附著氧气，負极附著氢气，燃料电池所需的「燃料」便有了！接上LED灯可明显看到燃料电池发电了接上計算器也可以使用
希望大家都能有一個愉快的学習！创意來自想像与务实的結合
H2e-H+H+e-O2H2e-e-H+H+H2OH2O圖片取自「科学人雜誌」回到課程
1.太阳能电池的发展历史1954年世界第一块实用化太阳能电池在美国贝尔实验室问世，幷首先应用于空间技术。当时太阳能电池的转换效率为8％。
1973年世界爆发石油危机，从此之后，人们普遍对于太阳能电池关注，近10几年来，随着世界能源短缺和环境污染等问题日趋严重，太阳能电池的清洁性、安全性、长寿命，免维护以及资源可再生性等优点更加显现。
一些发达国家制定了一系列鼓舞光伏发电的优惠政策，幷实施庞大的光伏工程计划，为太阳能电池产业创造了良好的发展机遇和巨大的市场空间，太阳能电池产业进入了高速发展时期，幷带动了上游多晶硅材料业和下游太阳能电池设备业的发展。
在1997－2006年的10年中，世界光伏产业扩大了20倍，今后10年世界光伏产业仍以每年30％以上的增长速度发展。
据统计，从2002年至今，中国太阳能电池产量猛增了77倍。2009年，我国太阳能电池产量约占世界总产量的三分之一，连续三年成为世界第一大太阳能电池生产国。
尽管我国太阳能电池从2007年开始成为世界生产最多的国家，但是，我们现在对太阳能普遍的转化效率是16%，17%，国外最高的已经超过了20%。
我国太阳能电池的发展1958年我国开始研制太阳能电池1959年中国科学院半导体研究所研制成功第一片具有实用价值的太阳能电池1971年在我国发射的第二颗人造卫星——科学实验卫星实践一号上首次应用太阳能电池1973年在天津港的海面航标灯上首次应用14.7W太阳能电池1979年我国开始利用半导体工业废次硅材料生产单晶硅太阳能电池1980年~1990年期间我国引进国外太阳能电池关键设备、成套生产线和技术2004年我国太阳能电池产量超过印度，年产量达到50MW以上20世纪80年代后期，我国太阳能电池生产能力达到4.5MW/年，初步形成了我国太阳能电池产业2005~2006年，我国的太阳能电池组件产量100MW/年以上，我国成为世界重要的光伏工业基地之一，初步形成一个以光伏工业为源头的高科技光伏产业链
并网发电系统及工作原理太阳能并网发电系统主要由太阳电池阵和并网逆变器两部分组成。1.太阳电池阵：将太阳光能转换成电能，在阳光充足时通过并网逆变器将直流电转换为交流电输入电网。
2.并网逆变器：并网逆变器是将直流电转换为交流电的设备，输入端接太阳电池阵，输出端接交流电网。并网逆变器除具有普通逆变器的功能外，还应具有以下功能：
1)纯正弦波同步并网送电：通过DC/AC电压型逆变器实现电流瞬时控制，将电流控制成50Hz正弦波，自动与电网同步后送入电网。以正弦波电流的方式并网送电不会对电网产生谐波干扰和过多的无功分量。
2)太阳能电池最大功率追踪技术：以晶体硅为基本材料的太阳能电池在不同的照射强度和温度下其I-V特性曲线各不相同，而输出与I-V特性相应存在一个最大功率输出点，因此，对太阳电池最大输出功率点的追踪MPPT(Maximum Power Point Trace)成为提高整个系统效率的关键点之一。
3)反孤岛运行技术：并网发电运行时，电网因意外情况出现停电时，并网运行设备应该能够及时检测出电网停电情况，并与电网解列，停止向电网送电，以保护人身和设备安全。
4)独立供电及自动同步并网运行技术：系统在电网停电时，可实现自动与电网解列，独立向重要负载提供优质交流电能。在配备蓄电池后，本系统还可在夜间不间断地提供电能。在电网恢复供电时，通过与电网电压同步，可在不影响给负载供电的情况下切换至并网发电运行方式。
2.太阳能电池市场状况及趋势2.1太阳能电池的市场状况1998年以前，单晶硅电池占世界光伏生产的主导地位，其次是多晶硅电池。从1998年开始，多晶硅电池开始超过单晶硅跃居第一。
非晶硅从20世纪80年代初开始商业化生产，但由于效率低和光衰减问题，市场份额增加不快。CdTe电池从20世纪80年代中期开始商业化生产，市场份额增加缓慢，除技术因素外，人们对Cd的毒性的疑虑也是原因之一。
CIS电池的产业化进程比较缓慢，原因是生产过程中化学剂量比难以控制，大面积均匀性和重复性较差。
研究开发方向：晶硅电池:①提高电池/组件效率高效钝化技术：TiO2，SiNx, H、SiO2, a-Si。
。
高效陷光技术：减反射，表面织构化，背反射等，选择性发射区(前)，背表面场(BSF)，细栅或者单面技术，高效封装技术－最佳封装材料的折射率等。
②简化、改进工艺－自动化、环保、低成本；
如硅片薄化及其工艺，③材料的国产化和提高性能；
硅基薄膜电池①低温过程(PECVD) <300℃，非晶、微晶、微非迭层－效率、稳定性，柔性衬底②低温过程>900℃,多晶硅基薄膜电池，廉价衬底；
3.太阳能电池定义和分类太阳能电池，又称光伏器件，是一种利用光生伏特效应把光能转变为电能的器件。
它是太阳能光伏发电的基础和核心。
太阳能电池分类按结构分类同质结太阳电池异质结太阳电池肖特基太阳电池
采用不同的掺杂工艺，通过扩散作用，将P型半导体与N型半导体制作在同一块半导体（通常是硅或锗）基片上,在它们的交界面就形成空间电荷区称PN结。PN结具有单向导电性。
P型半导体（P指positive，带正电的）：由单晶硅通过特殊工艺掺入少量的三价元素组成，会在半导体内部形成带正电的空穴；N型半导体（N指negative，带负电的）：由单晶硅通过特殊工艺掺入少量的五价元素组成，会在半导体内部形成带负电的自由电子。
在P型半导体中有许多带正电荷的空穴和带负电荷的电离杂质。在电场的作用下，空穴是可以移动的，而电离杂质（离子）是固定不动的。N型半导体中有许多可动的负电子和固定的正离子。
当P型和N型半导体接触时，在界面附近空穴从P型半导体向N型半导体扩散，电子从N型半导体向P型半导体扩散。在PN结上外加一电压，如果P型一边接正极，N型一边接负极，电流便从P型一边流向N型一边，空穴和电子都向界面运动，使空间电荷区变窄，电流可以顺利通过。
如果N型一边接外加电压的正极，P型一边接负极，则空穴和电子都向远离界面的方向运动，使空间电荷区变宽，电流不能流过。这就是PN结的单向导电性。PN结
（1）同质结太阳能电池：由同一种半导体材料一个或多个pn结的太阳电池，如p-n结太阳电池，p-n结砷化镓太阳电池等。（2）异质结太阳能电池：由两种不同半导体材料在相接界面上构成划质结太阳电池，如氧化锡一硅、硫化镉一硫化亚铜、砷化镓一硅异质结太阳电池等。
若构成异质结的两种材料的晶格匹配比较好，则称为异质面太阳电池，如砷化镓一砷化铝镓异质面太阳电池等。（3）肖特基结太阳能电池：由金属和半导体接触形成肖特基势垒的电池，简称MS电池。已发展成金属－氧化物－半导体（MOS）、金属一绝缘体一半导体（MIS）太阳电池等。
（4）复合结太阳能电池：由两个或多个结形成的太阳电池。如由一个（MIS）太阳电池和一个p-n结硅电池叠合而形成高效MISNP复合结硅太阳电池，其效率已达22%。
复合结太阳电池往往做成级联型，把宽禁带材料放在顶区，吸收阳光中的高能光子，用窄禁带材料吸收低能光子，使整个电池的光谱响应拓宽。砷化铝镓—砷化镓—硅太阳电池的效率高达31%。
按材料分类硅太阳电池敏化纳米晶太阳电池有机化合物太阳电池塑料太阳电池无机化合物半导体太阳电池
有机半导体材料的特殊性能来自其共轭结构，由于共轭结构上的π-π*跃迁所需能量较小，光子的能量即可将其激发—而光致电子跃迁，正是光电转化过程的基础。
与硅、锗等无机半导体材料类似，有机半导体材料可以分为P型和N型两种，这两种类型的材料分别对空穴和电子进行选择性传输。虽然同样称为“半导体材料”，但有机半导体与无机半导体中的电荷传输机制有很大不同。
无机半导体中，原子之间以共价键结合，形成刚性的稳定晶格以及连续的导带和价带；导带中的电子（N型）或者价格中的空穴（P型）在电场作用下定向传输就形成了电流。
而有机半导体中，共轭分子之间只以范德华力相结合，相互作用弱，材料的体相中不能形成像无机半导体那样的导带、价带结构。以P型高分子半导体材料为例，在高分子链上的一些位置，共轭结构上因缺少电子而形成带正电的极化子（Polaron）或者双极化子（Bipolaron）。
这些正电荷可以在高分子链上移动，也可以通过“跳跃（Hopping）”传输到其他高分子链上。对于小分子有机半导体来说，因为分子体积小，分子内电荷的移动对材料整体电荷传输来说并不重要，分子间的电荷跳跃就决定了材料的传输能力。
如前所述，当有机半导体材料吸收光子，其π轨道上的电子就会跃迁到π*反键轨道上。仍然与无机半导体不同的是，被激发后的电子仍旧与所在分子紧密结合，并不能像无机半导体内的激发电子一样自由运动。
此时被激发的分子中含有一个能量较高的电子，这就可以理解为一对正负电荷以库仑力结合在一起。这样的分子称为“激子（Exciton）”。
激子的存在亦是有机半导体的重要特征，也是有机太阳有电池与无机太阳能电池的最显著区别，因此也有人将有机太阳能电池称为“激子型太阳能电池（Excitonic solar cells）”。
2简介染料敏化纳米晶TiO2太阳能电池（DSSC）是一种化学太阳能电池，它的光电转换原理不同于传统硅系太阳能电池，具有制做工艺简单、对原材料纯度要求低、成本低等优点。其理论光电转换效率达到33%，这高于传统的半导体太阳能电池。
DSC中敏化染料通过能级间电子的跃迁吸收太阳能光，通过与纳晶多孔TiO2膜的电子传递完成电子的转移，从而实现太阳能到电能的转换。
经过十多年的发展，DSSC制备技术已逐渐走向成熟，当前其光电转换效率已达到11%，在使用固体电解时其也具有5%以的光电转换效率，具备了实用化的基本条件。
染料敏化纳米晶TiO2太阳能电池1研究背景20世纪70年代发展起来的硅、砷化镓等高效光伏电池，其光电转化效率通常大于18％，但是这些窄禁带的半导体有严重的光腐蚀现象，制备它们需要高纯的晶体材料，成本昂贵，一般只能在航天器等有限的范围使用，难以成为解决能源危机、大规模使用的可替代品。
而TiO2等宽禁带半导体相对具有较高的光、热稳定性，具有更强的应用前景，因其只能够捕获紫外光，必须借助染料敏化将其光谱响应拓宽到可见光区。
3基本结构及工作原理3.1基本结构一个典型的DSSC（主要包括：纳米多孔TiO2半导体薄膜、透明导电玻璃、染料光敏化剂、空穴传输介质和对电极。多孔纳米TiO2薄膜是电池的光阳极，其性能的好坏直接关系到太阳能电池的效率。
这种薄膜一般是用TiO2纳米晶微粒涂覆在导电玻璃表面，在高温条件下烧结而形成多孔电极。透明导电玻璃一般为ITO玻璃或TCO玻璃，起着传输和收集电子的作用。染料光敏化剂是吸附在多孔电极表面的，要求具有很宽的可见光谱吸收及具有长期的稳定性。
目前最好的是金属钌（Ru）的联吡啶配合物系列及金属锇（Os）的联吡啶配合物系列。空穴传输介质主要起氧化还原作用和电子传输作用。根据传输介质的不同，分为液态电解质DSSC，溶胶—凝胶（准固态）DSSC和全固态DSSC。
对电极一般使用铂电极或具有单电子层的铂电极，主要用于收集电子。
3.2工作原理太阳光照射在电极上时，有机染料分子（Dye）获得能量，受到了激发，跃迁至激发态（Dye*）；激发态迅速向半导体电池的TiO2导带内注入电子，同时自身转化为染料氧化态（Dye＋）；注入导带中的电子富集到导电基底，并通过外电路流向对电极，形成电流。
与此同时，处于氧化态的染料分子（Dye＋）由电解质溶液中的电子供体提供电子而回到基态，染料分子得以再生。电解质溶液中的电子供体在提供电子以后，扩散到对电极，重新得到电子而还原。从而，完成一个光电化学反应循环，也使电池各组分都回到初始状态.
塑料太阳能电池科学家把太阳能电池嵌入塑料薄膜的表面,制成了太阳能发电薄膜。这种太阳能发电薄膜成本低，转换效率远远高于普通太阳能电池,可以有多种用途。采用塑料太阳能电池能给我们的生活提供极大的方便。
比如，塑料太阳能电池可以嵌入手提电脑的外壳中，只要有光照，使用者可以随时给自己的电脑充电；塑料太阳能电池也可以装在电动汽车的车身上，为电动机提供电能;如果在房屋的屋顶上盖一层太阳能发电薄膜,我们就能够过上用电自给自足的日子了。
这种技术尤其适合我国西部地区的人们使用。那里干旱少雨,可是拥有十分充足的阳光，用上这种便宜的塑料太阳能电池,人们就不再为没有电而犯愁了。
按光电转换机理传统太阳电池激子太阳电池有机半导体材料通过光吸收形成的激子（电子与空穴成对存在的分子激发状态）在pn结的界面上扩散，由于pn结界面的能级不同，使得电子与空穴发生分离。
4.太阳能电池的结构及工作原理
太阳能电池的结构
太阳能电池发电原理当光线照射太阳能电池表面时，一部分光子被硅材料吸收；
光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了越迁，成为自由电子在P－N结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。
这个过程的实质是：光子能量转换成电能的过程。
太阳简介太阳是离地球最近的一颗恒星,也是太阳的中心天体,它的质量占太阳系总质量的99.865%。太阳也是太阳系里惟一自己发光的天体,它给地球带来光和热。如果没有太阳光的照射,地面的温度将会很快地降低到接近绝对零度。
由于太阳光的照射,地面平均温度才会保持在14℃左右,形成了人类和绝大部分生物生存的条件。除了原子能、地热和火山爆发的能量外,地面上大部分能源均直接或间接同太阳有关。
太阳是一个主要由氢和氦组成的炽热的气体火球,半径为6.96×105km(是地球半径的109倍，质量约为1.99×1027t(是地球质量的33万倍)，平均密度约为地球的1/4。太阳表面的有效温度为5762K,而内部中心区域的温度则高达几千万度。
太阳的能量主要来源于氢聚变成氦的聚变反应,每秒有6.57×1011kg的氢聚合生成氦,连续产生3.90×1023kW能量。这些能量以电磁波的形式,以3×105km/s的速度穿越太空射向四面八方。
地球只接受到太阳总辐射的二十二亿分之一,即有1.77×1014kW达到地球大气层上边缘(“上界”),由于穿越大气层时的衰减,最后约8.5×1013kW到达地球表面,这个数量相当于全世界发电量的几十万倍。
根据目前太阳产生的核能速率估算,氢的储量足够维持600亿年,而地球内部组织因热核反应聚合成氦,它的寿命约为50亿年,因此,从这个意义上讲,可以说太阳的能量是取之不尽、用之不竭的。
5.太阳能电池的生产工艺导电玻璃膜切割清洗检测镀铝电极沉积PN结老化检测封装成品检测
太阳能电池组件生产工艺组件线又叫封装线，封装是太阳能电池生产中的关键步骤，没有良好的封装工艺，多好的电池也生产不出好的组件板。电池的封装不仅可以使电池的寿命得到保证，而且还增强了电池的抗击强度。
产品的高质量和高寿命是赢得可客户满意的关键，所以组件板的封装质量非常重要。
流程：1、电池检测—2、正面焊接并检验—3、背面串接并检验—4、敷设（玻璃清洗、材料切割、玻璃预处理、敷设）—5、层压—6、去毛边（去边、清洗）—7、装边框（涂胶、装角键、冲孔、装框、擦洗余胶）—8、焊接接线盒—9、高压测试—10、组件测试—外观检验—11、包装入库
• 背面串接：背面焊接是将36片电池串接在一起形成一个组件串，我们目前采用的工艺是手动的，电池的定位主要靠一个膜具板，上面有36个放置电池片的凹槽，槽的大小和电池的大小相对应，槽的位置已经设计好，不同规格的组件使用不同的模板，操作者使用电烙铁和焊锡丝将“前面电池”的正面电极（负极）焊接到“后面电池”的背面电极（正极）上，这样依次将36片串接在一起并在组件串的正负极焊接出引线。
• 层压敷设：背面串接好且经过检验合格后，将组件串、玻璃和切割好的EVA、玻璃纤维、背板按照一定的层次敷设好，准备层压。玻璃事先涂一层试剂（primer）以增加玻璃和EVA的粘接强度。敷设时保证电池串与玻璃等材料的相对位置，调整好电池间的距离，为层压打好基础。
（敷设层次：由下向上：玻璃、EVA、电池、EVA、玻璃纤维、背板）。
6.太阳能电池的应用上世纪60年代，科学家们就已经将太阳电池应用于空间技术——通信卫星供电，上世纪末，在人类不断自我反省的过程中，对于光伏发电这种如此清洁和直接的能源形式已愈加亲切，不仅在空间应用，在众多领域中也大显身手。
如：太阳能庭院灯、太阳能发电户用系统、村寨供电的独立系统、光伏水泵（饮水或灌溉）、通信电源、石油输油管道阴极保护、光缆通信泵站电源、海水淡化系统、城镇中路标、高速公路路标等。欧美等先进国家将光伏发电并入城市用电系统及边远地区自然界村落供电系统纳入发展方向。
太阳电池与建筑系统的结合已经形成产业化趋势
• 用户太阳能电源1.小型电源10-100W不等，用于边远无电地区如高原、海岛、牧区、边防哨所等军民生活用电，如照明、电视、收录机等太阳能电源太阳能逆变器
2. 3-5KW家庭屋顶并网发电系统；
太阳能机场电站即将在海口美兰机场实现
阳光电源承建的上海世博会大型光伏电站成功并网发电
3.光伏水泵：解决无电地区的深水井饮用、灌溉
• 交通领域如航标灯、交通/铁路信号灯、交通警示/标志灯、路灯、高空障碍灯、高速公路/铁路无线电话亭、无人值守道班供电等。
• 通讯/通信领域太阳能无人值守微波中继站、光缆维护站、广播/通讯/寻呼电源系统；
农村载波电话光伏系统、小型通信机、士兵GPS供电等。
• 石油、海洋、气象领域石油管道和水库闸门阴极保护太阳能电源系统、石油钻井平台生活及应急电源、海洋检测设备、气象/水文观测设备等风云三号气象卫星的太阳能电池
光伏航标灯
海洋气象监测标
• 家庭灯具电源如庭院灯、路灯、手提灯、野营灯、登山灯、垂钓灯、黑光灯、割胶灯、节能灯等。
• 光伏电站10KW-50MW独立光伏电站、风光（柴）互补电站、各种大型停车厂充电站等。
用于“神六”的太阳能电池
生物电池第七节生物电池
生物电池的定义：生物电池，是利用碳水化合物、蛋白质、氨基酸、脂肪等为原料，通过酶分解来发电的一种装置，即是将生物质能直接转化为电能的装置，从原理上来讲，生物质能能够直接转化为电能。
主要是因为生物体内存在与能量代谢关系密切的氧化还原反应。
这些氧化还原反应彼此影响，互相依存，形成网络，进行生物的能量代谢。
生物电池的分类：单步反应型生物电池（生物体内的氧化还原物质发生氧化还原反应制成的生物电池）生物电池多步反应型生物电池（生物体内外的氧化还原物质发生氧化还原反应制成的生物电池）细胞型生物电池（生物体细胞外的氧化还原物质发生氧化还原反应制成的生物电池）
生物电池的分类：
生物电池的工作原理：以索尼公司开发的新型生物电池为例生物电池包括一个由糖分解酶和介质组成的阳极，一个由氧再生酶和介质组成的阴极，这两端由玻璃纸分隔开。阳极释放电子，氢离子通过下面的过程通过氧化酶的作用从葡萄糖中分解出来。
葡萄糖葡糖酸内酯＋2H+＋2e-氢离子穿过隔离器向阴极移动，一旦抵达阴极氢离子和电子就和氧结合产生水。(1/2)O2＋2H+＋2e-H2O在这一过程电化学反应当中，电子穿过外部的线路产生电能。阳极阴极糖分解酶介质介质氧再生酶玻璃纸葡萄糖葡萄酸内酯
生物电池发展史：a. 1911年,英国植物学家Potter用酵母和大肠杆菌进行实验，宣布利用微生物可以产生电流，生物电池研究由此开始；
b. 40多年之后,美国空间科学研究促进了生物电池的发展，当时研究的目标是开发一种用于空间飞行器中、以宇航员生活废物为原料的生物燃料电池；c.从60年代后期到70年代，直接生物电池逐渐成为研究的中心。
热点之一是开发可植入人体、作为心脏起搏器或人工心脏等人造器官电源的生物电池；d. 80年代后，氧化还原介体(Mediator)的广泛应用，相关的研究大多集中于阳极；e.近年，开发无隔膜的生物电池；
生物电池的最新成果：2007年8月，Sony公司宣布开发出一种新型的生物电池，这种电池通过使用生化酶作为催化剂，将碳水化合物（糖）转换为电能输出。开创了生物电池的新纪元。
50mw/40cc2009年，在FC expo(国际氢燃料电池展)上，Sony公司演示了喝“可乐”的生物电池，所发的电力带动与马达连接的风扇。70mw/28cc
索尼发明的这种系统使用了有效的固化酶和相关介质，同时保持了阳极上酶的活性。
该公司还开发出了一种新型阴极结构，可以有效地为电极供应氧，又能够确保适当的水分。
正是应用了这两种技术优化的电解液，才实现了高能量的输出。
生物电池的优点：生物电池为人们所重视，有它的独特优点：a.原料广泛，可以利用一般电池所不能利用的多种有机、无机物质作为原料，甚至可利用光合作用或直接利用污水等。
b.操作条件温和，由于酶的催化作用，一般是在常温、常压、接近中性的环境中工作的。
c.对环境友好，不含普通电池所有的酸碱，重金属等污染物，不会对环境造成危害，是典型的绿色电池。
生物电池的应用：航天工业电子工业化学、化工研究便携式移动电源医疗应用领域
影响生物燃料电池性能的主要因素：a.燃料氧化速率；b.电子由催化剂到电极的传递速率；c.回路的电阻；d.质子通过膜传递到阴极的速率以及阴极上的还原速率；e.对周边环境敏感；
解决办法：a.对酶的外壳进行修饰，再将其固定到电极表面从而实现电子的直接传递；
b.直接用导电聚合物固定酶，使导电聚合物深入到酶的活性中心附近，从而大大缩短电子传递的距离，实现电子的直接传递；
c.通过在电极表面进行贵金属纳米粒子、以及碳纳米管等物质的修饰，利用纳米粒子的尺寸效应、表面效应等奇妙的特性来实现直接的、快速的电子传递；
生物电池的发展前景生物电池的潜在市场是巨大的，因为它原料的广泛可取性以及能够提供清洁高效的能量。生物电池技术的适用性和灵活性将会扩展其潜在的市场，这个市场包括从小型的便携式动力装置到中等规模的工业用动力装置。全世界范围内进行的产品研发活动正努力把可能变为现实。
不久的将来，生物电池将作为心脏起搏器的电源而被广泛的应用于医疗领域。随着世界航天事业的不断发展进步，生物电池的作用极大的凸现出来。在绿色环保电池逐渐取代传统电池的过程中，生物电池的发展前景乐观且巨大。
第八节电解与电镀一电解原理二氯碱工业一、电解饱和食盐水反应原理二、离子交换膜法制烧碱一、电解原理二、铜的电解精炼三、电镀铜四、电解硫酸铜溶液五、电解水三电镀其应用
一、电解原理：1、电解氯化铜溶液：电解CuCl2溶液；并检验Cl2结论：①装CuCl2溶液——CuCl2晶体的溶解是电离？溶液中有几种离子？②分别插入碳棒，取出观察；连接后插入溶液，取出观察③接通直流电源后插入，取出观察，并检验气体；
铜生成于阴极碳棒，氯气产生于阳极碳棒；装置图
2、电解：使直流电通过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化还原反应的程，叫做电解。
3、构成电解池的条件：是电能转变为化学能的装置！①直流电源；
与电源负极相连的电极为阴极与电源正极相连的电极为阳极②阴、阳电极③电解质溶液或熔融电解质；
4、电解池的工作原理：电子从电源负极给出电子进入电解池的阴极阳离子得电子（发生还原反应）电子流回电源正极阴离子（或非惰性电极）失电子（发生氧化反应）电子从电解池的阳极流出
－＋e阴极阳极阳离子得电子发生还原反应电极材料或阴离子失电子发生氧化反应电解质溶液电解原理工作示意图
电解质溶液负极正极e得到电子还原反应失去电子氧化反应电解质溶液－＋e阴极阳极阳离子得电子发生还原反应电极材料或阴离子失电子发生氧化反应原电池与电解池的比较
Cu2+－＋－＋阴极阳极CuCl2电解氯化铜溶液实验装置e-e-单击电子流动
－＋阴极阳极Ⅰ通电前Ⅱ通电后通电前后溶液里离子移动示意图
粗铜纯铜二、铜的电解精炼：1、电解精炼铜的装置：e-－＋纯铜作阴极，粗铜作阳极；
e-e-Ag Au单击电子流动
三、电镀铜：1、电镀铜的装置：【实验4——2】镀件作阴极，镀层金属作阳极，含镀层金属离子的电解质配成电镀液；
2、电镀铜的原理：阳极（镀层金属）：Cu－2e-= Cu2+阴极（镀件）：Cu2++ 2e-= Cu电镀液浓度不变；
待镀铁制品铜片－＋CuSO4溶液
四、电解CuSO4溶液：用惰性电极阴极：2Cu2++ 4e-= 2Cu阳极：2H2O－4e-= O2↑+4H+总反应式：2Cu2++ 2H2O 2Cu + O2↑+ 4H+电解写出电极反应式及电解方程式；
分析溶液PH的变化、溶液减少的量是？
又如：Cu(NO3)2、AgNO3
二、氯碱工业一、电解饱和食盐水反应原理【实验】电解饱和食盐水现象：阳极——产生Cl2阴极——产生H2装置
电极反应：阳极反应：2Cl－－2e－＝Cl2↑（氧化反应）阴极反应：2H++ 2e－＝H2↑（还原反应）总反应：2NaCl + 2H2O 2NaOH + H2↑ + Cl2↑电解阴极区阳极区总反应离子方程式：2Cl－+ 2H2O 2OH－+ H2↑ + Cl2↑电解
二、离子交换膜法制烧碱1、离子交换膜电解槽的组成：由阳极（金属钛网）、阴极（碳钢网）、离子交换膜、电解槽框和导电铜棒等组成；每个电解槽由若干个单元槽串联或并联组成；
装置2、阳离子交换膜的作用：将电解槽隔成阴极室和阳极室，它只允许阳离子（Na+）通过，而阻止阴离子（Cl－、OH－）和气体通过。可防止H2、Cl2混合爆炸，也可防止Cl2与NaOH反应。
3、食盐的精制：（1）粗盐的成份：泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42－杂质，会与碱性物质反应产生沉淀，损坏离子交换膜；
（2）杂质的除去过程：粗盐水含少量Ca2+.Mg2+精制盐水
Na+电解饱和食盐水实验装置H+OH—－＋阴极H2Fe阳极Cl2Ce-e-单击电子流动
－+Cl2Cl2Cl—H2Na+H+OH—淡盐水NaOH溶液精制饱和NaCl溶液H2O（含少量NaOH）离子交换膜阳极金属钛网阴极碳钢网
电解质变化，溶剂不变：CuCl2、HCl电解原理应用电解溶质和水：NaCl、CuSO4、AgNO3电解水：Na2SO4、H2SO4、NaOH电解质和溶剂均不变：电解精炼铜、电镀熔融电解：NaCl、MgCl2、Al2O3
一.电镀的原理：电镀是用电解的方法对零件表面进行加工的一种工艺。电镀时零件为负极，镀液中金属离子在直流电的作用下沉积在零件表面形成均匀，致密的金属层。1.电镀的必须条件:外加的直流电源，镀液，镀件及阳极组成的电解装置。
2.电解的目的：改变零件表面的外观和物理化学性能，达到装饰性，耐腐蚀，耐磨性等各种技术性能。3.电解的结晶过程：电解液中的金属离子或络离子在阴极还原沉积出金属镀层的过程叫电解晶。说明：电解晶是一个电化学反应过程，金属离子是否能还原决定于阴极点位。
只有在阴极电位偏离于平衡状态，即产生一定的过电位时才能在阴极上沉积出金属金体。三电镀及其应用
4.金属电沉积是一个复杂的过程，它一般有几个连续的或同时的界面反应步骤：A.溶液中的金属离子（如水化金属离子或络和离子）通过电迁移，对流，扩散等形式到达阴极表面附近。B.金属离子在还原之前在阴极附近或表面发生化学转换。
C.金属离子从阴极表面得到电子还原成金属原子。D.金属原子沿表面扩散到达生长点进行晶格生长，或与其他离子相遇形成经晶核长大成晶体。说明：形成金属晶体的两个步骤：结晶核的生成与成长。
二.影响电镀结晶的因数：晶核的生成速度快，晶核生长后的成长速度就较慢，则生成的晶核数目较多，则晶粒就较细，反之就较粗。晶核的生长速度愈大于晶核的成长速度，镀层结晶就愈细致，紧密。提高电结晶时的阴极极化作用可以加速晶核的生长速度，便于形成微小的晶体。
提高金属电结晶时的阴极极化方法：1.提高阴极电流密度：一般情况下，阴极极化作用随阴极电流密度的增大而增大，镀层结晶也随之变得细致紧密。在阴极极化作用随电流密度的提高而增大的情况下，适当提高电流密度的方法提高阴极极化作用。
2.适当降低电解液的温度：降低温度能减慢阴极反应速度或离子扩散速度，提高阴极极化作用。当在实际操作中对于提高温度带来的负面影响可通过增大电流密度而获得弥补。在生产具体操作中，根据实际情况调节电解液的温度。
3.加入络化剂在电镀生产中能够络合主盐中金属离子的物质称络合剂。络离子较简单离子难以在阴极上还原，从而提高阴极极化值。4.加入添加剂添加剂吸附在电极的表面上阻碍了金属的析出，提高阴极极化作用。
阴极极化作用并非愈大愈好，极化作用超过一定范围，会导致氢气的大量析出，从而使镀层变得多孔，粗糙。在生产中，更具实际情况，采取具体措施适当提高金属结晶时的阴极极化作用。
三.影响镀液分散能力和覆盖能力的因素：镀液的优劣用分散能力和覆盖能力表示。分散能力指镀液所具有的镀层厚度的均匀分布能力.只说明镀件表面的均匀程度。覆盖能力指镀液能使零件深孔，凹洼的表面沉积出镀层的能力，也叫深度能力。只说明镀件表面凹入处或深孔处有无镀层沉积。
1.电流分布电流通过电解质溶液时，在阴极上析出物质的量与通过的电量成正比。电流密度愈大，镀层也就愈厚。金属在阴极表面上的沉积取决于电量在阴极上的分布。电解液的阻力与阴极电化学反应的阻力，是影响电流在阴极分布的两个重要因素，其中一个起主导作用。
2.电流效率：镀层金属的分布取决于电流的分布，但并不等于电流的分布。通过一级的电流不单是消耗于金属离子的沉积，而且消耗于析氢和其他副反应。电流效率随电流的密度改变而改变。影响金属在不同部位的分布：A.阴极电流效率随电流密度的改变而几乎没有变化。
阴极不同部位上镀出的金属多少直接取决于该处的电流的大小。B.阴极的电流效率随电流密度的升高而下降的则能提高分散能力。电流密度大的地方电流效率低，而电流密度小的地方电流效率高。要使各处的电流密度分布均匀，则要改变电解液的分散能力。
C.机体的表面状态金属在不洁净的阴极表面上很难沉积出均匀的镀层，甚至不能沉积。由于氢在粗糙表面上的过电位小于光洁表面，所以在粗糙表面上氢容易析出，镀层就难以沉积。
D.阴极电流效率随电流密度的升高而增大的则会降低分散能力。由于阴极上的电流密度大的地方电流效率高，电流小的地方电流密度低，这样各处的实际电流密度更加不均匀，造成分散能力低下。
E.几何因素电镀槽的几何形状，阴阳极的形状，两个电极在电镀槽中的排布形式等几何因素直接影响镀层的分布。所有这些与电解液分散能力和覆盖能力有关的因素，彼此不是孤立的，而又作实际的联系。
四.改善电解液分散能力和覆盖能力的途径：1.阴极极化度对于阴极极化较小的电解液，力求增大阴极极化的因素。直接或间接促成阴极极化度增大的因素，如选择适当的络化剂及添加剂，均能改善镀层的分散能力和覆盖能力。
2.镀液电导率对电阻较大的电解液，可适当加入导电能力较强的电解质。当镀液的阴极极化度较大时，提高电导率能明显地提高分散能力和覆盖能力。如果极化度极小那么对分散能力影响就不大。3.阴极电流效率改善阴极电流效率，提高电解液的分散能力和覆能盖能力。
4.机体的表面状况提高机体表面光洁度，采用短时间冲击电波，提高氢在机体上的过电位等，可以消除机体对分散能力和覆盖能力的不良影响。
5.几何因素的影响在实际生产中采用辅助阴极和象形阳极，合理调节阴阳极之间的距离等方法尽可能消除对几何因素对电解液分散能力的影响。
镀铬电解液是一个特殊，它是一种强氧化性的酸性电解液，在所应用的电解液中分散能力最差的一种，在镀铬时为了提高电解液的分散能力往往从电化学性能以外的角度出发，采用防护阴极，是用辅助阳极和非金属屏蔽以及合理调节电极之间的距离等方法，使其处于最佳的电流分布状态。
五.电镀层的分类和选择：1.按电化学性质分类分阴极性镀层和阳极性镀层。2.按用途分类分为防护性镀层，防护-装饰性镀层，修复性镀层，功能性镀层。3.按镀层的组合形式分类分为简单结构，多层组合结构和符合镀层三类。简单结构指镀单层镀层；
多层组合结构可由不同金属组成，如铜-镍-络三层结构；也可由相同金属层组成，如高耐腐蚀性双层镍-高硫镍-光亮镍等。
六.镀层的检验项目：1.附着力镀层与基体，镀层与镀层间的结合强度。2.表面效果完整覆盖并均匀分布。3.镀层厚和尽可能少的孔隙率有效阻止外界介质。4.光亮度5.硬度6.色泽7.耐腐蚀性8.外观质量不允许有明显的针孔，麻点，划伤等。
七.影响镀层质量的主要因素：1.镀前处理是否良好镀前处理的每一道工序直接影响镀层的质量，生产实践中造成镀层质量事故的多数因素是制品镀前处理不当和欠佳所致。2.电镀溶液本性镀液的性质，组成各成分的含量以及附加盐，添加剂的含量等都会影响镀层质量。
3.基体的本性4.电镀过程电流密度，温度，送电方式，移动和搅拌等。5.析氢反应电镀过程中大多数镀液的阴极反应伴随氢的析出。在不少情况下，氢的析出导致镀层表面上针孔，麻点，鼓泡，氢脆等。消除氢脆的不良影响，在镀厚进行高温除氢处理。
6.镀后处理镀后对制件的清洗，钝化，除氢，抛光，保管方法等。7.电源除一般采用直流电外，根据实际情况，可采用换向电镀方法，使用周期换向电流。
塑胶电镀一.塑胶电镀对塑胶件的技术要求：1.要求光度高的部位，制件必须表面平滑。2.零件表面设计符合电镀要求，即较大平面中间应呈突起状，一般突起在0.10-0.15mm；菱角部位到圆，v型槽的宽度应是深度3倍，盲孔深度为直径的1/2-1/3。
3.零件应有足够的强度，壁厚一般在3mm左右，最薄不应低于1.9mm,最厚不应大于3.8mm.4.有镶嵌件的塑胶制品，应为铝制件。5.应留有电镀装挂位置。装挂位置应设计在不影响外观部位。
应用
二.ABS料电镀：ABS料的组成部分：丙烯腈A,丁二烯B，苯乙烯S三元共聚，丙烯腈和苯乙烯形成树脂相，橡胶状的丁二烯组分以球形分散于丙烯腈和苯乙烯树脂组成的混合物中。在强碱强氧化性的粗化液中，将制品表面的橡胶离子溶去，形成凹陷，使表面粗化。
橡胶离子的多少影响镀层附着力，因此电镀产品对ABS料要求丁二烯的含量应控制在18%-23%间。1.对塑胶成型要求：原料在注塑前应在80-90℃下烘干4h，除去原料中的水分。2.注塑不使用脱模剂，尤其是有机硅脱模剂（脱模严重困难时可使用滑石粉或肥皂水）。
3.注塑采用较高温度，一般在255-275℃，模具温度一般在45-95℃间，注塑的压力应低，速度应慢。
二.ABS料的电镀工艺：1.ABS塑胶电镀工艺:消除应力化学脱脂热水洗冷水洗粗化冷水洗中和冷水洗敏化冷水洗去离子水洗活化还原冷水洗化学镀冷水洗电镀
2.过程原理与方法：A.去应力内应力降低镀层的附着能力。检验方法:a.冰醋酸浸渍法将制件完全浸入（21-27）℃的冰醋酸溶液中30秒后，取出后立即清洗，晾干后检查制件表面，若有细小致密的裂纹，说明此处有残余不应力，裂纹越大，应力越大。
b.溶剂浸渍法将零件完全浸入（20-22）℃1：1的甲乙酮和丙酮的混合溶液液中15秒，取出后立即甩干，检验裂纹状态。解决办法：在60-75℃的温度下加热2-4h，或在25%（体积）的丙酮中浸泡30分。
常用塑胶热处理温度：ABS塑胶65-75 ℃，聚丙烯80-100 ℃，氯化聚醚80-120 ℃，聚碳酸酯110-130 ℃，改性聚苯烯50-60 ℃，聚苯醚100-120 ℃；聚酰胺在沸水中处理。
2.脱脂去除制件表面的脱模剂及油污。经常用碱性除油溶液，处理温度在50-70 ℃。3.粗化主要目的是提高塑件制品的表面粗糙度和塑胶的亲水性。粗化的好坏对镀层的附着力有很大影响，粗化的方法有机械粗化，化学粗化，有机溶剂胀粗化。
A.机械粗化用滚磨，喷砂，砂纸打磨等方法去除塑胶零件的毛边，分型线条和浇口等。滚磨粗化适用小型零件，大型制件采用喷砂法。B.有机溶剂粗化聚乙烯：二氯乙烷，丙酮，二甲苯聚丙烯：汽油，卤代烃
C.化学粗化用化学浸渍剂使非金属材料得到粗化的表面，提高镀层的结合能力。
ABS料化学处理规范配方纯铬型磷酸型高硫酸型高铬型成分及工艺参数21654321≥900≥900308802801096024010-201100-129020-301000250-350600400-430330-410g/l铬酐CrO3重铬酸钾K2Cr2O7硫酸磷酸（85%)60-7010-3060-7010-3060-7030-6060-7030-6060-7030-6060-7030-6060-7015-3060-7010-30温度/℃时间/min
高铬酸型粗化溶液应用广，效果好，粗化速度快，粗化温度低于60℃时，粗化速度慢，温度高粗化速度快。粗化的质量要求：塑胶表面全部被水湿润后，从表面状态上看：粗化好的表面呈微暗，平滑；粗化不足的表面平滑有光泽；
粗化过渡的的表面显发暗，严重时呈白绒状，裂纹，疏松的表面。4.中和，还原和浸酸将粗化后残留在制件表面的六价铬清洗干净。在室温条件下处理1-3min.A.10%的氨水进行中和处理；B.5%-10%NaOH中和处理。C.1%-5%亚硫酸钠进行还原处理；
D.2-10mL/L水合肼，10-15mL/L盐酸中进行还原处理。E.100-200mL/L盐酸溶液进行浸酸处理。
5.敏化敏化处理是使制件表面吸附一层具有还原性的金属离子，在活化处理时，将具有催化作用的银或钯离子还原成银或钯原子，活化处理使制件表面形成一层催化活性的金属层。为化学沉积提供必要的条件。常见的敏化剂：氯化亚锡，三氯化钛，及常用的硫酸亚锡。
ABS料常用敏化工艺规范表配方成分与工艺参数212~510~30氯化亚锡（SnCI2。2H2O）（g/l)2~540~50盐酸（37%HCl)（Ml/L)室温室温温度/℃3~103~5时间/min
特别说明：配制敏化剂必须使用去离子水和试剂级的化学药品，配制时要把氯化亚锡溶于盐酸溶液中，否则氯化亚锡会水解，产生白色碱式氯化亚锡[Sn(OH)CL]沉淀。5.活化活化处理是使制品表面形成一层具有催化活性的贵金属，使化学镀能自发进行。
ABS塑胶料活化工艺：A.硝酸银活化液适用于化学镀铜，配制溶液必须用去离子水，零件入槽前也应用去离子水洗清洗干净。防止自来水中的氯离子和活化液中的银离子形成沉淀。
在配制活化液时，将硝酸银溶于水中，在搅拌下缓缓加入氨水，当溶液从褐色浑浊状变透明时即可停止添加氨水，氨水过量太多，活化速度太慢，会影响活化效果。
B.氯化钯活化液对化学镀酮，镍等均有催化作用，而且溶液比较较稳定，应用较广，在使用过程中会逐渐变脏，发黑，过滤后认可使用。C.胶态钯活化是将活化，敏化两道工序并在一起。
7.解胶经胶态钯活化的零件，其表面吸附胶态钯微粒，它并没有催化作用，必须把周围吸附的二价锡水解胶层去除，露出钯离子，即进行解胶处理。
解胶一般在（37%）80-120mL的盐酸溶液中，在35-45℃的条件下浸1-3min,也可在下列溶液中进行解胶处理:经处理后的制品表面呈均匀的浅灰色。
A.氢氧化钠:50g/L，室温，0.5-3min;B.次磷酸钠：30g/L，18-30℃，C.HBF4:50-100g/L,s室温，0.5-3min;D.硫酸：100mL/L，室温，0.5-3min;
8.化学镀或电镀：经前处理后的塑胶件，经过化学镀后，表面形成一层很薄的金属膜，应根据使用条件，要求进行电镀处理，可采用通常的电镀工艺，电镀铜，镍，铬等合金或金属。一般在化学电镀后再用酸性铜溶液镀一层铜，然后根据要求在读其他金属。
三.常用塑胶料的退镀处理：1.三氯化铁200-300g/L；盐酸60-80mL/L温度40-50℃时间：退净为止2.盐酸1000mL/L双氧水（30%）80-100mL/L温度低于80℃时间：退净为止
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