综述-电极过程与动力学.doc

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1、电极过程与动力学综述张洁2014125752014级材料加工摘要：关键词：正文能源与人类社会的生存和发展密切相关。清洁高效地使用能源是实现可持续发展的必然要求。随着全球人口不断增加和经济持续增长，预计到下个世纪中叶能源需求将加倍，因此所引发的对自然环境和资源的压力将越来越大c根据有关资料,1999年世界人口己达60亿，过去儿年中每年增加约1亿，预计到21世纪中期将增加到100亿，能源消费将增加50%〜100%[l]o人类虽然在改善环境方面取得了明显的进步，但是全球经济发展的速度和规模、不断增加的全球环境污染以及地球上可再

2、生资源基础的退化有可能将此抵消。目前90%能源来自化石燃料，矿物燃料燃烧时。要放出s02、CO、C02、Nox等物质，对人体、农作物和环境都有害。大气中50%的温室气体來口能源使用，随着能源消耗量的增长，C02释放暈在快速增加，1980年的排放量是1950年的4倍。这种排放已使自然界c02循环的平衡被打破，多数专家认为，C02浓度的增加是地球气候变暧的重要原因，而气候变暖将对生态环境造成严重的破坏，危及人类的生存。联合国规定，2008-2012年要将温室气体排放量降到比1990年的水平还低5%的程度，是十分艰巨的任务。为

3、此必须开发新能源如核能、太阳能、风能、水利能潮汐能和地热能等实现能源的清洁生产，同时寻找新的能源使用方式(如开发电动车)提高能源利用率，实现能源的清洁利用°电池是合理有效利用这些新能源的重要途径，如作为储能装置提高能源生产利用率，作为电动汽车(HEv,EV)的供能装置实现汽车尾气污染的大幅度减低直至达到零排放等。因而在以电为主要能源的现代社会里，电池占有重要地位，作为最新一•代化学电源的锂离子电池则是研究的热点。1.锂离子电池的发展历史及优点锂离子电池硏究始于20世纪80年代，为了克服锂电池枝晶生长造成的安全问题，198

4、0年Armand首次提出“摇椅式电池(RockingChairBattery)的设想。同年，Ooodenough等合成了具有良好嵌锂性能的LiM02(M=Co>Mn>Ni)嵌锂化合物。1987年,Auburn和Barberio捉出了一种以LiCoO2为正极，MoO2(W02)为阳极的摇椅式电池体系，展示了早期锂离子电池的一种雏形。锂离子电池真正商品化则是在上世纪90年代，1990年日本Nagaura等人研制成以石油焦碳材料为阳极、LiCoO2为正极的锂离子二次电池。同年，Moli和Sony两大电池公司宣布将推出以碳为阳极

5、的锂离子电池。1991年日本Sony能源技术公司与电池部联合开发了一种以聚耨醇热解碳(PFA)为阳极的锂离子电池。1994年，美国Bellcore(Bdl电讯公司)报导了采用PVDFT艺制造成的聚合物锂离子电池。之后的十几年时间内，锂离子电池得到迅速的发展。与传统二次电池相比，锂离子电池具有以下优点：I、工作电压高，锂离子电池工作电压在3.6V左右,是银■镉、银■氢电池的三倍，几乎为铅酸电池的两倍。2、比能暈iH，目耐商品化锂禺子电池质量比能暈L1超过140Wh/Kg,体积比能量超过400Wh/L,是镰•镉电池的2~3倍

6、，镰•氢电池的「2倍。随着新型高比能材料的开发和应用，锂离子电池的比能量还有较大的发展空间。3、比功率高，图1比较谋■镉电池、傑■氢电池和锂离子电池的比功率。从图1可以看出，在17分钟内，以LiMn2O4为正极的锂离子电池的比功率可达1000-1500W/Kg,而線■氢和線•镉电池的比功率都比较低。4、工作温度范围宽，锂离子电池一般能在-40-70°C下工作。5、无记忆效应、无污染。6、自放电率低，月自放电率小于l%o7、循环寿命长，锂离子电池循环次数可以超过1000次°储存时间长，预期可达10年。110时间/秒‘8皿图

7、1、锂离子电池、氢镇电池和镉操电池功率密度比校测*«£由于以上优点，锂离子电池现以广泛用作便携式电器如移动电话、笔记本电脑、摄像机、照相机、DVD等的电源，并己在航天、航空、航海、人造卫星、小型医疗仪器及军用通讯设备领域中逐步替代传统电池，也是未來蓄电装置和电动车的理想电源。如美国USABC(USAdvancedBatteryConsorium)将锂离子电池作为电动汽车重要电源进行开发。日本的新阳光计划则把锂离子电池的开发领域扩大到与太阳能发电配套的蓄电装置和电动车动力电源。我国实施的863电动车专项也将锂离子电池列为重

8、点开发的动力电源之一。参考文献[1]S.Basu,W.L.NotrehFastiontransportinsolides[M].NorthHollond：ElsevierScience,1979.