国防科技著作精品译丛 下一代商业、军事、空间应用电池和燃烧电池【2025|PDF下载-Epub版本|mobi电子书|kindle百度云盘下载】

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第1章 充电电池和燃料电池的研究现状1

1.1 充电电池1

1.2 充电电池基础2

1.2.1 充电电池的关键性能特征4

1.2.2 商业应用中广泛使用的充电电池的性能5

1.2.3 电池的回收利用5

1.2.4 充电电池的三个主要特征8

1.2.5 在特定的应用中使用充电电池的成本效益8

1.3 不考虑功率能力的充电电池12

1.3.1 低中等功率应用的充电电池13

1.4 充电电池的商业和军事应用14

1.4.1 高功率电池的商业应用14

1.4.2 镍镉充电电池在军用飞机上的关键作用15

1.4.3 用于军用飞机的镍金属氢化物充电电池的优点16

1.4.4 用于航空航天和国防的热电池19

1.4.5 商业应用的充电电池20

1.4.6 电动和混合动力电动汽车对充电电池的要求23

1.5 低功率电池的应用29

1.5.1 使用薄膜和纳米技术的电池29

1.5.2 TF微型电池30

1.5.3 低功率电池的充放电循环次数和充电时间31

1.5.4 低功率电池的结构配置32

1.5.5 用于低功率电池的最流行的材料32

1.5.6 采用纳米技术的低功率电池34

1.5.7 使用纳米技术的纸电池34

1.6 燃料电池34

1.6.1 最热门的燃料电池类型和它们的配置说明35

1.6.2 燃料电池的类型35

1.7 结论36

参考文献36

第2章 航空航天和通信卫星所用的电池38

2.1 简介38

2.2 机载电力系统40

2.2.1 电源总线设计配置40

2.2.2 太阳能阵列板40

2.3 电池的电源要求和相关的关键组件41

2.3.1 太阳能电池阵列的性能要求43

2.3.2 太阳能电池阵列在黑暗期的电力需求43

2.3.3 从太阳达到最佳功率的太阳能电池阵列定向的要求44

2.3.4 最适合航天器或通信卫星的太阳能电池阵列配置44

2.3.5 直接能量传递系统44

2.4 航天器电池型电源系统的成本效益设计标准46

2.4.1 航天器电力系统最佳选择的比较方法46

2.5 航天器电源系统的可靠性51

2.5.1 各种系统组件的故障率52

2.5.2 故障率估计52

2.5.3 使用CC和PWM稳压器技术的航天器电源系统的可靠性改进53

2.5.4 使用DET系统、CC和电池增压器技术的航天器电源系统的可靠性改进55

2.5.5 与冗余系统相关的重量和成本代价56

2.6 航空航天和通信卫星的理想电池59

2.6.1 天基电池典型的功率需求59

2.6.2 天基电池的关键老化效应61

2.7 最新的商用和军用卫星系统的性能和电池电源的需求62

2.7.1 商业通信卫星系统62

2.8 通信、监视、侦察、目标跟踪用军事卫星64

2.8.1 军事通信卫星及其功能65

2.8.2 军事卫星通信系统66

2.8.3 欧洲通信卫星系统67

2.9 最适合给通信卫星供电的电池67

2.9.1 通信卫星最理想的充电电池68

2.10 结论70

参考文献71

第3章 燃料电池技术72

3.1 简介72

3.1.1 燃料电池的分类73

3.1.2 根据电解质的燃料电池分类75

3.2 基于电解质的燃料电池的性能75

3.3 使用不同电解质的低温燃料电池77

3.3.1 使用水溶液电解质的低温和低压燃料电池的性能78

3.3.2 水燃料电池的输出功率性能79

3.4 使用组合燃料的燃料电池80

3.4.1 液—气燃料电池设计80

3.4.2 液—液燃料电池的设计性能80

3.5 多种应用的燃料电池设计81

3.5.1 燃料电池在蓄电池中的应用81

3.5.2 使用氢基双骨架催化剂（DSK）电极、工作在恶劣的条件下的双骨架催化剂燃料电池81

3.6 离子交换膜燃料电池84

3.6.1 空间应用的IEM燃料单电池和电池组的性能规格84

3.6.2 使用低成本、多孔硅衬底材料的燃料电池85

3.7 燃料电池潜在的应用94

3.7.1 燃料电池的军事和航天应用95

3.7.2 为什么燃料电池要用于反暴乱96

3.7.3 无人机的低成本燃料98

3.8 飞机应用的燃料电池100

3.8.1 全电动飞机或车辆的性能和局限100

3.8.2 用于电动汽车和混合动力电动汽车的燃料电池101

3.9 燃料电池的商业、军事和空间应用101

3.9.1 汽车、公交车和摩托车应用的燃料电池102

3.9.2 理想的家用燃料电池108

3.10能在超高温环境下工作的燃料电池111

3.10.1 在超高温燃料电池中使用的材料类型111

3.10.2 工作在较高温度（600～1000℃）的燃料电池最理想的固体电解质111

3.10.3 电极动力学和它们对高功率燃料电池性能的影响113

3.10.4 化学吸附—解吸率极化114

3.11发电站应用的燃料电池的要求114

3.12结论115

参考文献116

第4章 电动和混合动力汽车电池118

4.1 简介118

4.2 早期电动汽车的年代发展史及其性能参数120

4.3 各种公司较早研发的电动和混合动力电动汽车及其性能规格121

4.3.1 ZAP TRUCK121

4.3.2 ZAP ALIAS121

4.3.3 Aptera汽车121

4.3.4 特斯拉汽车公司122

4.3.5 贝克汽车123

4.4 最新的电动和混合动力电动汽车的发展史及其性能和局限性123

4.4.1 通用汽车雪佛兰Volt124

4.4.2 福特125

4.4.3 日产128

4.5 不同充电电池的性能要求129

4.5.1 电池组能量要求130

4.5.2 电池材料及相关成本131

4.6 充电电池的材料135

4.6.1 锂离子电池的三个功能组件的材料要求135

4.6.2 锂离子电池的主要性能特点136

4.6.3 镍金属氢充电电池的特性137

4.6.4 电动汽车和混合动力电动汽车所用的锌空气充电燃料电池137

4.6.5 各种充电电池的能量密度水平138

4.6.6 结合智能电网技术的设计理念144

4.6.7 最适合充电电池的材料及其性能147

4.6.8 组件成本对电池组的采购成本的影响149

4.7 稀土材料对电动汽车和混合动力电动汽车发展的关键作用151

4.7.1 电动汽车和混合动力电动汽车使用的各种稀土材料的确定152

4.7.2 未来稀土材料对电动汽车和混合动力电动汽车性能的影响153

4.7.3 稀土材料提炼、加工和质量控制检验相关成本154

4.8 结论155

参考文献157

第5章 低功率充电电池在商业、空间和医学上的应用158

5.1 引言158

5.2 低功率电池结构160

5.2.1 圆柱形低功率电池160

5.2.2 碳锌低功率原电池及其特点161

5.2.3 碱锰电池的性能和局限性162

5.2.4 锂原电池的发展史及其性能参数162

5.2.5 镍金属氢化物、镍镉电池和锂离子充电电池164

5.3 电池在小型化电子系统中的应用168

5.3.1 最适合嵌入式系统应用的充电电池简述170

5.3.2 用于航空航天方面的电池的适用性和独特性能要求172

5.3.3 锂电池、碱性电池和锌空气电池的潜在应用173

5.4 医学应用的电池175

5.4.1 用于特定医疗应用中的最新开发的电池177

5.4.2 含锂金属的微型电池和智能纳米电池技术在医学和军事上的应用179

5.4.3 低功率锌空气、镍金属氢和镍镉充电电池181

5.5 为特殊应用选择一次和二次（充电）电池的标准189

5.6 结论191

参考文献193

第6章 用于军事用途的充电电池194

6.1 简介194

6.2 各种军事系统应用的有潜力的电池类型196

6.2.1 铝空气充电电池的军事应用197

6.3 低功率电池的各种应用211

6.3.1 使用MEMS技术的薄膜微型电池211

6.3.2 使用纳米技术概念的微型电池212

6.3.3 薄膜微型电池的关键设计方面和性能要求212

6.4 用于军事用途的高功率锂热电池214

6.4.1 最适合高功率电池的阴极、阳极和电解质的材料要求214

6.4.2 针对特定应用的热电池的设计要求216

6.4.3 热电池系统的环境要求218

6.4.4 电池的结构说明和它们的物理参数218

6.4.5 通过实验室测试获得的性能参数的实际值219

6.4.6 热电池系统的结论220

6.5 水下航行器的高功率充电电池221

6.5.1 Li-SO2C12电池系统的性能和设计221

6.5.2 电化学改善所需的电解质的特性222

6.5.3 流动电解质的热特性的影响222

6.5.4 使用流动电解质的沃尔特堆栈电池输出功率随放电时间的变化223

6.5.5 温度和放电深度对热电池中使用的电解质的热导率和比热容的影响224

6.5.6 放电时间对电池输出功率的影响225

6.5.7 电解液的电导率和电解液的优化226

6.6 能够在商业电厂关机相当长的时间内提供电能的高功率电池系统227

6.6.1 什么是钒基氧化还原液流电池227

6.6.2 钒基氧化还原电池的潜在应用228

6.6.3 钒基氧化还原电池的结构细节和工作原理228

6.7 最适合无人驾驶飞机和无人驾驶航空器的电池229

6.7.1 电子无人驾驶飞机的电池电力要求229

6.7.2 无人机的电池要求230

6.7.3 反简易爆炸装置的电池231

6.8 结论234

参考文献235

第7章 航空航天和卫星系统应用的电池和燃料电池237

7.1 引言237

7.2 用于商业和军事领域的密封铅酸蓄电池239

7.2.1 铅酸电池充电、放电和储存条件的优化240

7.2.2 铅酸蓄电池的优点、缺点和主要应用241

7.2.3 用于飞行器的密封铅酸电池的生命周期241

7.2.4 放电深度对铅酸电池生命周期的影响241

7.3 用于航空航天应用的铝空气电池244

7.3.1 铝空气电池的性能和局限244

7.3.2 随着阳极电流密度的变化，腐蚀对铝空气电池性能的影响245

7.3.3 铝空气充电电池系统的突出特点和潜在应用245

7.4 最适合航空航天和飞机应用的长寿命、低成本银锌充电电池247

7.4.1 适合用于飞机和航空航天的排气式二次电池247

7.4.2 银锌电池的典型自放电特性247

7.4.3 银锌电池的安全性、可靠性和处置要求248

7.4.4 典型的电池电压水平和循环寿命248

7.5 商用和军用飞机应用的密封铅酸电池250

7.5.1 密封铅酸电池的性能250

7.5.2 密封铅酸电池的测试程序和条件251

7.5.3 充电率和放电深度对密封铅酸电池的循环寿命的影响252

7.5.4 生命周期的测试条件253

7.6 用于飞机应急电源和低地球轨道航天器的热电池253

7.7 用于海军武器系统中的充电电池255

7.8 热电池设计结构和运载火箭应用的要求256

7.8.1 先进热电池的设计和性能256

7.8.2 热电池的独特性能256

7.9 高温锂充电电池257

7.10 锂充电电池的固体电解质技术258

7.10.1 固体电解质的关键作用258

7.10.2 锂充电电池性能参数的改善258

7.10.3 液体增塑剂溶液中高氯酸锂盐浓度对室温离子电导率的影响259

7.11 电子无人机和各种无人机中使用的充电电池260

7.11.1 适合电子无人机应用的电池的性能要求260

7.11.2 用于无人机、无人战斗机和微型飞行器（MAV）的充电电池的要求261

7.11.3 用于滑翔机的充电电池262

7.12 用于空间军事系统和卫星通信的充电电池263

7.13 执行特殊任务的卫星使用的高功率燃料电池266

7.14 基于电解质的燃料电池分类269

7.14.1 使用多种燃料的燃料电池的性能参数及其典型应用269

7.14.2 燃料电池参数的比较270

7.15 航天器应用的电池源271

7.15.1 第一原理模型在航天器工作老化中的应用271

7.15.2 40 A·h的硫化钠电池的典型性能特点272

7.16结论272

参考文献274

第8章 低功率电池及其应用276

8.1 简介276

8.2 低功率应用的锂离子电池的性能277

8.2.1 锂充电电池的固体电解质的优点278

8.2.2 电池材料的总电导率279

8.3 低功率电子设备的电池281

8.3.1 材料和包装技术对电池性能的影响281

8.3.2 用来定义电池的性能参数的术语表282

8.3.3 低功率电子设备应用的电池的制造283

8.3.4 低功率应用的各种一级和二级电池的性能和局限284

8.4 锂原电池的性能285

8.4.1 锂碘电池285

8.4.2 LiMnO2电池286

8.4.3 锂碳氟化物电池286

8.4.4 锂硫二氧化物电池287

8.4.5 锂亚硫酰氯电池288

8.4.6 锂硫化亚铁（Li-FeS2）电池289

8.4.7 关于锂电池的结论289

8.5 小型充电电池或二次电池的应用290

8.5.1 密封铅酸电池290

8.5.2 小型锂离子充电电池291

8.5.3 S-Ni-Cd充电电池291

8.5.4 镍金属氢化物充电电池292

8.5.5 锂聚合物电解质电池293

8.6 薄膜电池、微型电池和纳米电池295

8.6.1 薄膜电池的结构和性能295

8.6.2 锂基微型电池的金属氧化物薄膜电极297

8.6.3 微型电池的性能与应用299

8.6.4 纳米电池的电气性能参数302

8.7 电池在健康方面的应用303

8.7.1 心律检测应用的电池要求303

8.7.2 用于治疗心脏疾病的各种电池305

8.8 全人工心脏的电池309

8.8.1 用于各种医疗应用的锂离子电池的主要优点310

8.8.2 锂离子电池的局限性310

8.8.3 锂离子充电电池组的电池平衡要求311

8.8.4 主动平衡技术314

8.9 结论315

参考文献316