无极非金属材料用作新能源材料的研究进展

《无极非金属材料用作新能源材料的研究进展》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、无机非金属材料用作新能源材料的研究进展研究新能源材料的意义化石燃料的使用造成严重的环境污染和过量温室气体的排放。能源安全和环境保护已经成为十分紧迫的现实问题，解决途径主要有：大力开发可再生能源，特别是风能、太阳能、生物质能，使可再生能源在能源构成中占据主要地位。研究和开发储能材料和储能器件。开发其他新能源材料。太阳能电池硅系列太阳能电池单晶硅：转换效率最高，但成本也高多晶硅薄膜太阳能电池：转换效率20%，成本低，效率高，性能稳定非晶硅薄膜太阳能电池：较高的转换效率，较低的成本，稳定性不高太阳能电池多元化合物薄膜太阳能电池主要包括砷化镓Ⅲ-Ⅴ族化合物、硫化镉、碲化镉及铜铟硒薄膜

2、电池等。硫化镉、碲化镉：转换效率高，成本低，但镉会造成环境污染铜铟硒CuInSe2(CIS)光电转换效率高达19.5%（面积0.4cm2），具有价格低廉、性能良好和工艺简单等优点，但铟和硒都是稀有元素，所以这类电池的发展会受到限制。砷化镓Ⅲ-Ⅴ族化合物转换效率高，是很理想的电池材料。太阳能电池纳米晶染料敏化太阳能电池（新一代太阳能电池）由纳米晶宽带半导体多孔薄膜、染料分子和电解质以及对电级组成三明治结构。成本低、工艺简单、性能稳定太阳能电池聚合物太阳能电池在导电材料表面复合多层性能不同的高分子材料，制成类似无机pn结的单向导电装置，利用聚合物吸收光能，并将其转化为电能。有机材料

3、具有柔性好、制作容易、材料来源广泛和成本低等优势，可大规模利用太阳能，提供廉价电能，这是目前太阳能电池研究领域的一个热点。太阳能电池随着新材料的不断开发和相关技术的发展，以纳米晶一代太阳染料敏化太阳能电池为代表的新能电池也愈来愈显示出诱人的前景。锂离子电池关键材料锂离子电池正极材料锂离子电池的正极材料比容量目前仅130mAh/g左右，远低于负极材料350mAh/g的比容量，成为锂离子电池容量的限制因素，因此改善正极材料性能是提高锂离子电池性能的关键因素之一。锂离子电池正极材料主要分为三种：具有层状结构的LiMO2(M=Co,Ni,NiCo,NiCoMn),尖晶石结构的LiMn2

4、O4，橄榄石结构的LiMPO4(M=Fe,Mn,Co)。锂离子电池关键材料锂离子电池正极材料LiCoO2一直是锂离子电池的主导正极材料。LiCoO2可以快速充放电，材料具有较好的结构稳定性和循环性能。但热稳定性较差。尖晶石结构LiMn2O4正极材料具有比LiCoO2更好的安全性，而且价格低廉，特别适用于动力电池。但尖晶石LiMn2O4在3V附近过渡嵌锂时，易发生Janh-Teller效应，由尖晶石结构向四方结构转变，电化学性能急剧下降。LiFePO4也是一种新型高安全性、低成本的正极材料，有较好的脱嵌可逆性、循环稳定性和安全性，有望成为动力电池首选的正极材料。但是，制备工艺较为

5、复杂，生产成本比LiCoO2和LiMn2O4高。锂离子电池关键材料锂离子电池负极材料目前锂离子电池用负极材料以碳质材料为主，包括中间性炭微球和改性天然石墨等，实际比容量达到350mAh/g左右。近年来正在开发更高比容量的新型负极材料，如锡基材料和硅及硅化合物等，此外具有优良充放电性能的Li4Ti5O12也是目前新型负极材料研究热点之一。锂离子电池关键材料锂离子电池负极材料锡氧化物具有较高的首次容量(1200mAh/g)，但在首次充放电过程中易生成氧化锂，产生较大的首次不可逆容量，此外在充放电循环过程中材料的体积变化大，易造成材料的结构破坏，导致材料循环性能下降。Li4Ti5O1

6、2是一种具有尖晶石结构的可嵌锂电极材料。Li4Ti5O12具有放电平稳，电压指示明显，首次充放电过程中不形成SEI膜，不易产生枝晶，与电解液相容性好以及锂离子扩散系数大等特点。但Li4Ti5O12仍存在着导电性较差，容量不高以及平台电压较高等问题。镍氢动力电池关键材料镍氢电池正极材料是Ni(OH)2，当前主要是根据需要对其进行改性处理。镍氢电池负极材料目前主要是LaNi5系，Laves相储氢合金主要分MgCu（立方型，C15型）、MgZn2（六方，C14型）、MgNi2（六方，C36型）结构。通式AB2Laves相储氢合金主要有锆基和钛基两大类。与稀土镍系储氢合金相比，Lave

7、s相储氢合金储氢容量高，曾被看做第二代储氢合金电极材料。镍氢动力电池关键材料钛系AB型储氢电极合金材料Ti2Ni相、TiNi相，但其理论化学储氢容量偏低。V-Ti基固溶体合金，其特点是室温下储氢量大。Ti22V66Ni12合金室温储氢容量高，但由于低平台电压贡献的储氢容量难以在实际放电中实现电化学脱氢，合金的每克电化学放电容量仅为420mA·h。镍氢动力电池关键材料AB3型储氢合金电极材料PuNi3型斜六面体结构和CeNi3型六面体结构。研究较多的主要是具有PuNi3型结构的多元含有金属镁的