新能源材料课件1~3章.ppt

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1、新能源材料能源需求的持续增长;能源结构的变化；一次性商品能源（原煤、原油、天然气、水电）到二次电池的发展矿物能源面临枯竭的前景；矿物燃料燃烧造成的环境污染；如：矿物燃烧时放出的SO2、CO、CO2、NOx、烟尘等。人类社会对能源的需求与面临的挑战第一章概述新能源、新能源技术与新能源材料太阳能、生物质能、核能（新型反应堆）、风能、地热、海洋能等一次能源和二次能源中的氢能。太阳能利用技术、氢能利用技术、核电技术、化学电能技术、生物质能应用技术、风能、海洋能与地热应用技术、潮流能利用技术、地热能技术。新型二次电池材料、燃料电池材料、太阳电池材料及核能材料。新能源材料的主要进展金属氢化物镍电

2、池材料（1）正极材料的改善，如改进球形Ni/(OH)2（2）AB5型储氢合金的改进（3）新型高容量储氢电极合金的研究与开发，如Ni/MH合金、Mg-Ni系合金锂离子二次电池材料（1）碳负极材料（2）纳米合金材料，如纳米Sn、SnSb、SnAg等（3）正极材料，如LiCoO2（4）电解质材料燃料电池材料（1）质子交换膜型燃料电池（PEMFC材料）（2）熔融碳酸盐型燃料电池（MCFC材料）（3）固体氧化物燃料电池（SOFC材料）太阳电池材料太阳能电池发展的制约因素：（1）接受面积的问题；（2）能量按时间分布不均匀的问题；（3）电池材料的问题；（4）成本问题。太阳能电池材料的进展：（1）

3、发展材料工艺，提高转换效率；（2）发展薄膜电池，节约材料消耗；（3）材料的大规模加工技术；（4）与建筑相结合。核能材料（1）包壳材料；（2）核燃料；（3）聚变堆的第一壁材料；（4）核废料的处理。第一篇新型二次电池概述新型二次电池概述金属氢化物镍电池材料锂离子电池材料第1章新型二次电池材料二次电池1Ni/MH二次电池23锂离子二次电池二次电池放电时通过化学反应可以产生电能，通以反向电流（充电）时则可使体系回复到原来状态，即将电能以化学形式重新储存起来。这种电池称为二次电池或蓄电池。分类：铅酸电池、镉镍电池、锌镍电池、金属氢化物镍电池、锂高温电池及锂离子电池等（绿色电池）。研究热点

4、：储氢材料及金属氢化物镍电池；锂离子嵌入材料及液态电解质锂离子电池；聚合物电解质锂蓄电池或锂离子电池等。Ni/MH二次电池优点：①能量密度高，同尺寸电池，容量是Ni/Cd电池的1.5~2倍；②无镉污染，又称绿色电池；③可大电流快速充电；④工作电压为1.2V，与Ni/Cd电池有互换性。原理：电池反应正极负极商品Ni/MH电池的形状有圆柱形、方形和扣式等多种类型；按电池的正极制造工艺分类，则有烧结式和泡沫镍式（含纤维镍式）两大类型。Ni/MH电池正极材料初期采用Ni/Cd电池用的烧结式正极；随后采用高孔率泡沫或纤维镍和球形Ni(OH)2制造的氧化镍材料；目前生产Ni/MH电池所用的储氢负

5、极材料有AB5型合金和AB2型合金两种。锂离子二次电池工作原理正极反应负极反应电池反应商用锂离子电池按形状分类有圆柱形、方形和扣式。按正极材料分类，有氧化钴锂型、氧化镍锂型和氧化锰锂型。锂离子电池的前景展望（1）发展电动汽车用大容量锂离子电池；（2）开发及使用新的高性能电极材料；（3）加速聚合物锂离子电池的实用化进展。第2章金属氢化物镍电池材料高密度球形Ni(OH)2正极材料储氢合金材料AB2型Laves相储氢电极合金其他新型高容量储氢电极合金、Ni/MH电池材料的再生利用2.1高密度球形Ni(OH)2正极材料2.1.1球形Ni(OH)2的基本性质与制备方法Ni(OH)2是涂覆Ni/

6、MH电池正极使用的活性物质。电极充电时Ni(OH)2转变成NiOOH，Ni2+被氧化成Ni3+；放电时NiOOH逆变成Ni(OH)2，Ni3+还原成Ni2+。电极的充放电反应式为：高密度球形Ni(OH)2能提高电极单位体积的填充量和放电容量，且具有良好的充填流动性；松装密度大于1.5g/mL、振实密度大于2.0g/mL的球形Ni(OH)2为高密度球形Ni(OH)2。Ni(OH)2存在α、β两种晶型，NiOOH存在β、γ两种晶型。目前生产Ni/MH电池使用的Ni(OH)2均为β型。在充放电过程中，各种晶型的转变关系如下图：制备方法主要有化学沉淀晶体生长法（制备的Ni(OH)2综合性能较

7、好）、镍粉高压催化氧化法及金属镍电解沉淀法。2.1.2影响高密度球形Ni(OH)2电化学性能的因素主要因素有化学组成、粒径大小及粒径分布、密度、晶型、表面形态和组织结构等。化学组成的影响（1）钴的影响在Ni(OH)2中添加Co可提高Ni(OH)2的利用率、增加电化学过程中Ni2+/Ni3+间反应的可逆性及改善传质和导电性能。此外掺钴还能提高析氧电位，降低电池内压，提高Ni(OH)2的利用率。掺加量在2%以下较合适，过高会增加电池的自放电率，影响其他电学性能