新能源材料课件1-3章.ppt

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。;新能源、新能源技术与新能源材料;新能源材料的主要进展; 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）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。;第一篇 新型二次电池概述;第1章 新型二次电池材料;二次电池;Ni/MH二次电池;电池反应;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电池所用的储氢负极材料有AB5型合 金和AB2型合金两种。;锂离子二次电池;正极反应; 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;2.1高密度球形Ni(OH)2正极材料;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。;制备方法 主要有化学沉淀晶体生长法（制备的 Ni(OH)2综合性能较好）、镍粉高压催化氧化法及金属镍电解沉淀法。;化学组成的影响;（3）钙、镁的影响 钙镁过高（>0.02%）会降低Ni(OH)2的活性，阻止 Ni(OH)2中的质子的传递，妨碍Ni2+/Ni3+的相互转化、 加速容量和电压平台的衰减和影响电池循环寿命。 （4）铁的影响 含有较高的铁，增加电池的自放电，影响电池正常使用。 （5）硫酸盐、碳酸盐的影响 其含量升高，Ni(OH)2的晶体结构发生变化，放电容量降低，电极极化增加。;粒径及粒径分布的影响;微晶晶粒尺寸及缺陷的影响;（2） Ni(OH)2表面覆Co或Co(OH)2的研究;用于Ni/MH电池负极材料的储氢合金应满足的条件： （1）电化学储氢容量高，在较宽的温度范围不发生太大的变化，合金氧化物的平衡氢压适当，对氢的阳极极化具有良好的催化作用； （2）在氢的阳极氧化电位范围内，储氢合金具有较强的抗阳极氧化能力； （3）在碱性电解质溶液中合金组分的化学性质相对稳定； （4）反复充放电过程中合金不易粉化，制成的电极能保持形状稳定； （5）合金应具有良好的电荷热的传导性； （6）原材料成本低廉。;AB5型稀土镍系储氢合金;代表ZrMn2合金 具有储氢容量高、循环寿命长等优点。主要有C15型（MgCu2）型面心立方结构和C14型 （MgZn2型立方结构）。 AB2型合金目前还存在初期活化困难、高倍率放电性能较差，以及合金的原材料价格相对偏高等问题。;以Mg2Ni为代表的镁基储氢合金具有储氢量高、资源丰富、价格低廉等特点，但吸氢动力学性能较差，使其难以在电化学储氢领域得到应用。;AB5型混合稀土系储氢电极合金中，合金化学式的A侧是混 合稀土金属，主要由La、Ce、Pr、Nd四种稀土元素组成。 可以分为富镧混合稀土（Ml）和富铈混合稀土（Mm）两种 类型。 主要分为单一稀土和二元混合稀土组成对合金电极性能的影 响。其中单一主要包括La、Ce、Pr、Nd四种单一稀土元 素；混合主要是La-Ce二元混合稀土， La-Pr二元混合稀 土， La-Nd二元混合稀土；市售混合题图组成主要是调整La 和Ce的比例，进一步优化，提高储氢电极合金性能。;LaNi5型合金吸放氢后晶胞体积膨胀较大，在反复吸放氢过 程中，合金会严重粉化，比表面积随之增大，从而增大合金 的氧化腐蚀，使合金过早失去吸放氢能力，因此除A测元素 优化外，可以将B测元素的优化。 1）钴元素的作用 钴能够降低合金的显微硬度、增强柔韧性、减少合金氢化后 的体积膨胀和提高合金的抗粉化能力；同时，在充放电过程 中，钴还能抑制合金表面Mn、Al等元素溶出，减少合金的 腐蚀速率，从而提高合金的循环寿命。由于钴价格昂贵，可 以用Cu、Fe、Si等替代。;2）锰元素的作用 锰对Ni的部分替代可以降低储氢合金的平衡氢压， 减小吸放氢过程的滞后程度