電池材料新修改

1、電池材料電池材料電池發(fā)展史電池分類contents新型材料電池總結(jié)展望電池發(fā)展史1780-1791年，發(fā)發(fā)明伽尼爾電電池。1800年，伏打電電堆的發(fā)發(fā)明標(biāo)標(biāo)志著電電池的誕誕生。1859年，普朗特發(fā)發(fā)明鉛鉛酸電電池。1868年，勒克朗謝發(fā)謝發(fā)明鋅鋅/二氧氧化錳錳干電電池。1899年，發(fā)發(fā)明Ni/Cd蓄電電池。1951年，發(fā)發(fā)明密封Ni/Fe蓄電電池。1995年，發(fā)發(fā)明聚合物電電解質(zhì)鋰質(zhì)鋰離子電電池。1990年，發(fā)發(fā)明鋰鋰離子電電池。電池分類電池電池鋅電池鋅電池鉛電池鉛電池鋰電池鋰電池其他新型電池其他新型電池堿性二次電池堿性二次電池鋰二次電池鋰二次電池鋰一次電池鋰一次電池鋅鋅/錳干電池錳干電池堿錳

2、電池堿錳電池鋅鋅/空氣一次電池空氣一次電池鋅鋅/溴電池溴電池Ni/Fe電池電池Ni/Cd電池電池Ni/MH電池電池燃料電池等等燃料電池等等鋰離子電池材料燃料電池材料新型電池材料鎳氫電池材料新型電池材料1.鋰離子電池材料概述1.1 發(fā)發(fā)展背景 由于空間和軍用的需求以及電子技術(shù)的迅速發(fā)展，對(duì)由于空間和軍用的需求以及電子技術(shù)的迅速發(fā)展，對(duì)體體積小、質(zhì)量輕、比能量高、使用壽命長積小、質(zhì)量輕、比能量高、使用壽命長的電池要求日益迫切，的電池要求日益迫切，對(duì)上述各項(xiàng)性能的要求越來越高。鋰離子二次電池正是在這對(duì)上述各項(xiàng)性能的要求越來越高。鋰離子二次電池正是在這一形式下發(fā)展起來的一種新型能源。一形式下發(fā)展起來的

3、一種新型能源。1.2 1.2 鋰離子電池工作原理鋰離子電池工作原理 鋰離子電池是在鋰二次電池基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新鋰離子電池是在鋰二次電池基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型充電電池，它的正負(fù)極材料都是能發(fā)生鋰離子型充電電池，它的正負(fù)極材料都是能發(fā)生鋰離子嵌入嵌入-脫出脫出反應(yīng)的物質(zhì)。反應(yīng)的物質(zhì)。 充電態(tài)充電態(tài):負(fù)極處于富鋰態(tài)，正極處于貧鋰態(tài)。在充放電負(fù)極處于富鋰態(tài)，正極處于貧鋰態(tài)。在充放電過程中，鋰離子在正負(fù)極間搖來晃去，而無金屬鋰的析出，過程中，鋰離子在正負(fù)極間搖來晃去，而無金屬鋰的析出，因此，鋰離子電池又稱為因此，鋰離子電池又稱為“搖椅電池?fù)u椅電池”。這種電池的工作電壓與構(gòu)成電極的鋰離子嵌入化合物的

4、濃度有關(guān)圖1 鋰離子電池充放電原理1.3 鋰離子電池負(fù)極材料負(fù)負(fù)極極材材料料碳素材料碳素材料非碳材料非碳材料石墨材料石墨材料軟碳材料軟碳材料硬碳材料硬碳材料錫的氧化物錫的氧化物錫基復(fù)合氧化物錫基復(fù)合氧化物含鋰過渡金屬氮化物含鋰過渡金屬氮化物納米級(jí)負(fù)極材料納米級(jí)負(fù)極材料1.3.1 碳碳素材料 碳材料是人們最早開始研究并應(yīng)用于鋰離子電池的生產(chǎn)中、至今仍為大家關(guān)注和研究的重點(diǎn)之一。 碳材料負(fù)極的充放電反應(yīng)是鋰在固相內(nèi)嵌入-脫嵌反應(yīng)，在電池充放電過程中，鋰在負(fù)極材料的內(nèi)脫/嵌并形成鋰碳插入化合物L(fēng)ixC6。LixC6Lix-yC6+yLi+ye- 1）石墨材料易解離易解離柔軟柔軟有潤滑性有潤滑性導(dǎo)電性

5、導(dǎo)電性在石墨材料中，層在石墨材料中，層與層間靠范德華力與層間靠范德華力鍵合在一起形成層鍵合在一起形成層狀結(jié)構(gòu)，其良好的狀結(jié)構(gòu)，其良好的層狀結(jié)構(gòu)層狀結(jié)構(gòu)，更適合，更適合Li離子的脫離子的脫/嵌，形嵌，形成鋰成鋰-碳插入化合物碳插入化合物L(fēng)ixC6 理想石墨晶體的層間距為0.33538mm，左圖為六面體對(duì)稱。石墨材料的典型充放電曲線 2）軟碳材料在軟碳中，石墨微晶間取在軟碳中，石墨微晶間取軟碳材料可分為石墨化軟軟碳材料可分為石墨化軟碳和非石墨化軟碳。碳和非石墨化軟碳。 向差別較小，結(jié)合力向差別較小，結(jié)合力很弱，在高溫下，微晶很很弱，在高溫下，微晶很容易容易轉(zhuǎn)動(dòng)合并成石墨晶體，轉(zhuǎn)動(dòng)合并成石墨晶體，所

6、以，軟碳也稱為易石墨所以，軟碳也稱為易石墨化碳化碳。軟碳材料經(jīng)2000以上處理,在結(jié)構(gòu)上接近石墨,在嵌鋰特性嵌鋰特性上也和石墨相似。在硬碳中，微晶間取向差別較大，在硬碳中，微晶間取向差別較大，存在交聯(lián)，結(jié)合力很強(qiáng)，即使在存在交聯(lián)，結(jié)合力很強(qiáng)，即使在高溫下也高溫下也不容易不容易轉(zhuǎn)動(dòng)，很難轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)動(dòng)，很難轉(zhuǎn)變成石墨，所以，硬碳也稱為非石成石墨，所以，硬碳也稱為非石墨化碳或者難石墨化碳。墨化碳或者難石墨化碳。 3）硬碳材料1.3.2 1.3.2 非碳碳材料1.錫的氧化物 錫的氧化物有氧化錫SnO2和氧化亞錫SnO，兩者都具有一定的儲(chǔ)鋰能力，其混合物也具有儲(chǔ)鋰能力。2.錫基復(fù)合氧化物 在Sn的氧化物中加

7、入一些金屬或非金屬氧化物，如Fe、Ti、Ge、Si、Al、P、B等元素的氧化物。目前，這種材料的脫嵌機(jī)理及充放電循環(huán)性能等還有待進(jìn)一步研究。3.含鋰過渡金屬氮化物 是在氮化鋰Li3N這種高離子導(dǎo)體材料研究基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，也具有高離子導(dǎo)電性和過渡金屬價(jià)態(tài)可變性，在結(jié)構(gòu)上可分為反CaF2型和Li3N型兩種，最具代表性的材料分別為Li7MnN4和Li3-xCoxN等。4.納米級(jí)負(fù)極材料 目前已報(bào)道的有：SnSbx，SnAgx，F(xiàn)eSnx/FeSnC，CuSnx,C/Si,nano-Si等。制備方法高能球磨、電化學(xué)沉積、水溶液體系還原法高能球磨、電化學(xué)沉積、水溶液體系還原法研究中注意的實(shí)際問題：研究

8、中注意的實(shí)際問題：獲得更高嵌鋰量的同時(shí)，降低材料的首次不可逆容量，并將其控制在總?cè)萘康?0%以內(nèi)；研究和提高材料的體積比容量，使電池容量真正得到提高；充分考察具有高比平面、高活性的納米材料的安全性；符合大生產(chǎn)要求的納米材料生產(chǎn)及其實(shí)際使用方式方法與工藝技術(shù)；降低材料的生產(chǎn)和使用成本，使其真正具有使用價(jià)值。1.41.4鋰鋰離子電電池正極極材料 正極活性物質(zhì)是決定鋰離子電池性能的重要因素之一。普遍為電池業(yè)接受的正極活性物質(zhì)主要是層狀結(jié)構(gòu)的鋰鈷氧化物和鋰鎳氧化物，以及尖晶石結(jié)構(gòu)的鋰錳氧化物。正極材料正極材料鋰鈷氧化物鋰鈷氧化物鋰鎳氧化物鋰鎳氧化物尖晶石尖晶石LiMn2O41.4.1 鋰鈷氧化物 目前

9、商品化鋰離子電池幾乎全部采用LiCoO2作為正極材料，具有工作電壓高（3.6V）、放電穩(wěn)定、適合大電流放電、比能量高、循環(huán)性好、制備工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)。 鋰鈷氧化物的合成技術(shù)有：A 高溫合成技術(shù) 一般是以Li2CO3和CoCO3為原料，按nLi：Co（摩爾比）為1：1配制，在700900下，空氣氛圍灼燒而成。B 低溫合成技術(shù) 這種低溫合成技術(shù)相對(duì)于高溫合成技術(shù)而言是指前期的合成溫度較低或經(jīng)軟化學(xué)處理，后期高溫合成所需時(shí)間較短而已。不足之處不足之處1.4.2 鋰鎳氧化物 主要是指LiNiO2。在一定的條件下，Li能夠在NiO層與層之間進(jìn)行嵌入脫出，使得它成為理想的鋰離子電池嵌基材料。制備困難、安全性

10、較差、在高溫脫鋰狀態(tài)下熱制備困難、安全性較差、在高溫脫鋰狀態(tài)下熱穩(wěn)定性較差、工作電壓較低、可逆循環(huán)性較差。穩(wěn)定性較差、工作電壓較低、可逆循環(huán)性較差。關(guān)鍵：改進(jìn)合成方法1.4.3 尖晶石LiMn2O4正極材料制備方法： 高溫固相法、融鹽浸漬法、共沉淀法、Pechini法，電化學(xué)法、噴霧干燥法、溶膠-凝膠法等軟化學(xué)方法。其中高溫固相反應(yīng)法和溶膠-凝膠法為主要的合成方法。優(yōu)點(diǎn)成本低、無污染、電性能好，應(yīng)用前景非常誘人1.5 1.5 鋰鋰離子電電池電電解質(zhì)質(zhì)材料基本要求良好的離子導(dǎo)電性高離子遷移數(shù)一定的化學(xué)穩(wěn)定性足夠的機(jī)械強(qiáng)度從相態(tài)分：從相態(tài)分：鋰鋰離離子子電電池池電電解解質(zhì)質(zhì)液體電解質(zhì)液體電解質(zhì)固體

11、電解質(zhì)固體電解質(zhì)無機(jī)液體電解質(zhì)無機(jī)液體電解質(zhì)有機(jī)液體電解質(zhì)有機(jī)液體電解質(zhì)無機(jī)固體電解質(zhì)無機(jī)固體電解質(zhì)有機(jī)固體電解質(zhì)有機(jī)固體電解質(zhì)熔融鹽熔融鹽純固體聚合物電解質(zhì)純固體聚合物電解質(zhì)膠體聚合物電解質(zhì)膠體聚合物電解質(zhì)1.6 1.6 鋰鋰離子電電池的應(yīng)應(yīng)用 鋰離子電池具有以下優(yōu)點(diǎn):高電壓、高容量、低消耗、無記憶效應(yīng)、無公害、體積小、內(nèi)阻小、自放電少、循環(huán)次數(shù)多。因其上述顯著特點(diǎn),鋰離子電池已應(yīng)用到移動(dòng)電話、筆記本電腦、攝像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等眾多民用及軍事領(lǐng)域。 另外,國內(nèi)外也在競相開發(fā)電動(dòng)汽車、航天和儲(chǔ)能等方面所需的大容量鋰離子電池。電子產(chǎn)品照明工具電動(dòng)玩具、航模、車模等交通工具航天、國防在山西焦煤集團(tuán)公司

12、杜兒坪礦試用的鋰電礦燈，全部是單體蓄電池。鋰電礦燈的第一次下井使用，便以輕巧、易攜而受到礦工的喜愛。 2008年7月11日，北京公交公司的司乘人員在剛剛領(lǐng)到的鋰離子電池純電動(dòng)客車前列隊(duì)待發(fā)。 北京奧運(yùn)會(huì)和殘奧會(huì)期間，由北京理工大學(xué)和京華客車公司開發(fā)的50輛鋰離子電池純電動(dòng)客車在奧運(yùn)村內(nèi)環(huán)線等3條公交線路上運(yùn)行。西安聯(lián)眾電動(dòng)自行車有限公司生產(chǎn)的鋰離子電池電動(dòng)自行車2001年10月，Proba作為歐空局“通用支持技術(shù)計(jì)劃”（GSTP）的技術(shù)演示衛(wèi)星發(fā)射升空。入軌后，小衛(wèi)星獨(dú)特的能力和功能使其對(duì)科學(xué)做出重大貢獻(xiàn)，故而被繼續(xù)用于地球觀測任務(wù)。這是AEA電源公司首次在PROBA小衛(wèi)星上使用鋰離子電池，該

13、公司為歐洲航空局提供工作溫度范圍 -40 70鋰離子電池。Proba 星載CHRIS拍攝的Niau atoll（南太平洋） 歐空局低成本小衛(wèi)星Proba在軌5年 1.7 1.7 國內(nèi)國內(nèi)鋰鋰離子電電池生產(chǎn)產(chǎn)行業(yè)狀況業(yè)狀況寧波奧克斯能源有限公司寧波奧克斯能源有限公司主要生產(chǎn)鈷酸鋰;隔膜紙;電解液等;鋰離子電池;電芯;玩具電池; 寧波華天鋰電池科技有限公司寧波華天鋰電池科技有限公司生產(chǎn)各種方形鋰離子電池、圓柱形電池，廣泛應(yīng)用于無線鼠標(biāo)、MP3、DVD、復(fù)讀機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、無線耳機(jī)、PDA等便攜式移動(dòng)電子產(chǎn)品領(lǐng)域。 寧波維科電池有限公司寧波維科電池有限公司液態(tài)鋰離子電池、聚合物鋰離子電池、鋰離子動(dòng)力電

14、池等60多種產(chǎn)品規(guī)格，滿足通訊手機(jī)以及數(shù)碼相機(jī)、移動(dòng)DVD、MP3等多行業(yè)、多品種市場需求。 2008年中國鋰國鋰離子電電池暢銷產(chǎn)暢銷產(chǎn)品排行榜寧波鋰鋰離子電電池主要生產(chǎn)產(chǎn)企業(yè)業(yè)： 目前國內(nèi)鋰離子市場應(yīng)用領(lǐng)域側(cè)重于便攜式電子產(chǎn)品；盡管目前大部分電動(dòng)自行車采用鉛酸蓄電池作為動(dòng)力，隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)一是的增強(qiáng)及鋰離子電池價(jià)格的不斷下降，也將逐步被鋰離子電池所取代；而電動(dòng)汽車與內(nèi)燃機(jī)汽車相比，存在這價(jià)格、行駛歷程、動(dòng)力性能等方面的劣勢，性能有待于進(jìn)一步改進(jìn)。2.2.鎳氫鎳氫電電池材料概概述2.1 發(fā)發(fā)展背景： 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，電池的需求量越來越大，特別是可充隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，電池的需求

15、量越來越大，特別是可充電電池的市場需求量迅速增加，鎳氫電池以其電電池的市場需求量迅速增加，鎳氫電池以其容量大、無污染、價(jià)格容量大、無污染、價(jià)格適中適中等優(yōu)越性，迅速獲得了廣泛應(yīng)用。等優(yōu)越性，迅速獲得了廣泛應(yīng)用。 鎳氫電池是一種性能非常優(yōu)異的新型電池，它一定會(huì)取代目鎳氫電池是一種性能非常優(yōu)異的新型電池，它一定會(huì)取代目前大量應(yīng)用的鎳鎘電池。前大量應(yīng)用的鎳鎘電池。2.2 工作原理 （1）負(fù)極反應(yīng) 充電過程: M+H2O+ e MHad+ OH- MHad - Mhad- MHad 放電過程：- MHad（- MHad ） MHad MHad + OH-M+H2O+ e（2）正極反應(yīng)（與鎳-鎘電池同）

16、 正常充電：Ni(OH)2 +OH-NiOOH+ H2O+e 正常放電：NiOOH+H2O+e Ni(OH)2+OH- （3）電池反應(yīng) 正常充電：M+ Ni(OH)2MH+ NiOOH 正常放電：MHad+ NiOOH M+ Ni(OH)2 過放電過程：H2(正極) H2(負(fù)極)2.3 鎳氫電池的優(yōu)點(diǎn)（1）能量密度高，是鎘-鎳電池的1.52.0倍（2）電池電壓為1.21.3V，與鎘-鎳電池相當(dāng)（3）可以快速充放電（4）低溫特性較好（5）可密封，耐過充放電性能好（6）無毒和無環(huán)境污染，被稱為“綠色環(huán)保電池”（7）不使用貴金屬催化劑（8）無記憶效應(yīng)2.4 鎳氫電鎳氫電池的電極電極材料 鎳氫電池，屬

17、于新型二次堿性電池。鎳氫電池，屬于新型二次堿性電池。 鎳氫電池正極的活性物質(zhì)鎳氫電池正極的活性物質(zhì)氫氧化鎳氫氧化鎳，負(fù)極活性物質(zhì)為，負(fù)極活性物質(zhì)為貯氫合金稀土系鈦系鎂系釩系鋯系化學(xué)沉淀法,粉末金屬法,金屬鎳電解法2.5 鎳氫電鎳氫電池的電電解質(zhì)質(zhì)材料 氫-鎳電池多采用含30LiOH的 KOH水溶液，作為電解質(zhì)。 電解液的組成、濃度用量等對(duì)電池性能均有一定的影響，可根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇。 2.6 鎳氫電鎳氫電池的應(yīng)應(yīng)用 氫鎳電池逐步取代鎘鎳電池在電動(dòng)工具、電動(dòng)助力車、電話子母機(jī)、便攜式電話、攝像機(jī)、微型電腦、通訊設(shè)備等高性能電源的市場。應(yīng)用于上海儲(chǔ)能電站應(yīng)用于上海儲(chǔ)能電站春蘭高能動(dòng)力鎳氫電春蘭高

18、能動(dòng)力鎳氫電池池 日前，被列入國家科技支撐計(jì)劃，預(yù)計(jì)2010年世博會(huì)前示范運(yùn)營的兆瓦級(jí)“電力銀行”上海儲(chǔ)能電站，在充分調(diào)研和性能比對(duì)的基礎(chǔ)上，最終選擇春蘭高能動(dòng)力鎳氫電池為其關(guān)鍵儲(chǔ)能產(chǎn)品，并確定春蘭清潔能源研究院有限公司為其重要供應(yīng)商。春蘭清潔能源研究院有限公司相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，此次應(yīng)用于上海電力行業(yè)的高能動(dòng)力鎳氫電池為100安時(shí)。（春蘭（集團(tuán)）公司網(wǎng)站）3.3.燃料電池材料燃料電池材料3.1 發(fā)發(fā)展背景 燃料電池（燃料電池（Fuel Cell, FCFuel Cell, FC）是一種新興的化學(xué)能源，其具）是一種新興的化學(xué)能源，其具有有能量轉(zhuǎn)換效率高、燃料使用和場址選擇靈活、潔凈、噪聲低能量轉(zhuǎn)換

19、效率高、燃料使用和場址選擇靈活、潔凈、噪聲低等優(yōu)點(diǎn)。美、日、加、歐洲及澳洲在燃料電池的研究和應(yīng)用領(lǐng)等優(yōu)點(diǎn)。美、日、加、歐洲及澳洲在燃料電池的研究和應(yīng)用領(lǐng)域處于世界前沿，我國早在域處于世界前沿，我國早在2020世紀(jì)世紀(jì)5050年代起就開始了燃料電池年代起就開始了燃料電池的理論研究。的理論研究。3.23.2 工作原理 燃料電池是一種電化學(xué)裝置，簡單地講，是反應(yīng)物燃料與空氣中的氧氣發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而獲得電能和熱能的裝置。能量轉(zhuǎn)化過程為化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能和熱能，形成的電能為低壓直流電能。以堿性燃料電池為例，所發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)如下燃料（如氫）在陽極發(fā)生氧化反應(yīng)：H2+2OH-H2O+2e-標(biāo)準(zhǔn)電極電位：

20、-0.828V氧化劑（如氧）在陰極發(fā)生還原反應(yīng)：1/2O2+H2+2e2HO-標(biāo)準(zhǔn)電極電位：0.401V整個(gè)電池的反應(yīng)：1/2O2+H2H2O電池理論標(biāo)準(zhǔn)電勢： V0=0.401-(-20.828)=1.229V 即單電池的輸出電壓為即單電池的輸出電壓為1.229V。為了得到所需的電壓和電流，可。為了得到所需的電壓和電流，可以通過電池的以通過電池的串聯(lián)和并聯(lián)串聯(lián)和并聯(lián)，使其組成一定發(fā)電能力的電池組。，使其組成一定發(fā)電能力的電池組。熔融碳酸鹽燃料電池MCFC固體氧化物燃料電池SOFC堿性燃料電池AFC磷酸型燃料電池PAFC質(zhì)子交換膜燃料電池PEMFC燃料電池3.33.3 燃料電電池的分類類3.4

21、 3.4 固體氧氧化物燃料電電池SOFC3.4.1 工作原理 SOFC采用固體氧化物作為電解質(zhì)。固體氧化物高溫下具有傳遞O2-的能力，在電池中起傳遞O2-和分離空氣、燃料的作用。燃料氣為氫氣，一氧化碳，天然氣，煤制氣，蒸餾油。SOFC電電解質(zhì)質(zhì)材料相容性相容性致密性致密性穩(wěn)定性穩(wěn)定性電導(dǎo)率電導(dǎo)率熱膨脹系熱膨脹系數(shù)數(shù)3.4.2 電解質(zhì)材料 在在SOFC中，電解質(zhì)材中，電解質(zhì)材料的主要作用料的主要作用是在陰極與陽是在陰極與陽極之間極之間傳遞傳遞氧氧離子和對(duì)燃料離子和對(duì)燃料及氧化劑的有及氧化劑的有效效隔離隔離。 SOFC對(duì)電解對(duì)電解質(zhì)材料的具體質(zhì)材料的具體要求如右圖所要求如右圖所示：示：常用常用固體

22、氧化物電解質(zhì)固體氧化物電解質(zhì)材料：材料： 有有Y2O3、CaO等摻雜的等摻雜的Bi2O3、CeO2、ZrO2、TlO2、HfO2氧化物形成的固溶物。氧化物形成的固溶物。 目前，研究最深入、最有使用價(jià)值的電解質(zhì)材目前，研究最深入、最有使用價(jià)值的電解質(zhì)材料是具有立方螢石結(jié)構(gòu)的料是具有立方螢石結(jié)構(gòu)的Y2O3，ZrO2(YSZ)3.4.3 陽極材料SOFC陽極的主要作用是為燃料的電化學(xué)氧化提供反應(yīng)場所，所以SOFC陽極材料必須在還原氣氛中穩(wěn)定并具有足夠高的電子電導(dǎo)率和對(duì)燃料氧化反應(yīng)的催化活性。在中溫、高溫SOFC中，適合作為陽極催化劑的材料主要有金屬、電子導(dǎo)電陶瓷和混合導(dǎo)體氧化物等。常用的陽極催化劑有

23、Ni、Co和貴金屬材料。其中金屬Ni由于其具有高活性、低價(jià)格的特點(diǎn)，應(yīng)用最為廣泛。在SOFC中，通常將Ni分散于YSZ或SDC等電解質(zhì)材料中制成復(fù)合金屬陶瓷陽極。3.4.4 陰極材料 陰極的作用是為氧化劑的電化學(xué)還原提供場所。因此陰極材料必須在氧化氣氛下保持穩(wěn)定，并在SOFC操作條件下具有足夠高的電于電導(dǎo)率和對(duì)氧電化學(xué)還原反應(yīng)的催化活性。 目前，在高溫SOFC的研究與開發(fā)中使用最廣泛的陰極材料是Sr攙雜的LaMnO3(LSM)。 對(duì)中溫SOFC，通常采用Sr、Fe攙雜的出LaCoO3 (LSCF)、SrCoFe3-x (SCF)、Sr攙雜的SmCoO3(SSC)等離子電子混合導(dǎo)電材料作陰極。3

24、.5 3.5 燃料電電池的應(yīng)應(yīng)用 近年來，許多國家和地區(qū)都將燃料電池技術(shù)與周邊設(shè)施產(chǎn)業(yè)的開發(fā)列為國家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目，例如美國的“展望21世紀(jì)”（Vision21）、“自由車（FreedomCAR）“、“自由燃料”（Freedom Fuel）、日本的 “新日光計(jì)劃”（New Sunshine Program）,以及歐洲的”焦耳計(jì)劃“（JOULE）等，燃料電池發(fā)電將有可能繼火力發(fā)電、水力發(fā)電、核能發(fā)電后而成為21世紀(jì)的第四代發(fā)電方式。污染成分天然氣火力發(fā)電重油火力發(fā)電煤火力發(fā)電燃料電池SOx2.52304550820000.12NOx18003200320063107酚類20127013550003

25、01000014102粉塵0904532036568000.14表3.5 燃料電池與火力發(fā)電的大氣污染比較 燃料電池可作為宇宙飛船、人造衛(wèi)星、宇宙空間站等航天系紹的能源，也可用于并網(wǎng)發(fā)電的高效電站；它可作為大型廠礦的獨(dú)立供電系統(tǒng)，也可作為城市工業(yè)區(qū)、繁華商業(yè)區(qū)、高層建筑物、邊遠(yuǎn)地區(qū)和孤立海島的小型供電站，此外，它還能用于大型通信設(shè)備和家庭的備用電源以及交通工具的牽引動(dòng)力等。圖3.5 不同類型燃料電池的用途和主要特點(diǎn)3.5.1 燃料電池電動(dòng)車 燃料電池電動(dòng)車在運(yùn)行時(shí)幾乎不排放CO2和NOx等污染環(huán)境的氣體，順應(yīng)新世紀(jì)綠綠色生態(tài)態(tài)的主題，因而備受青睞，成為世界各主要汽車廠商目前研發(fā)與競爭的熱點(diǎn)。右

26、圖為中國科技部部長萬鋼試駕奧運(yùn)新能源汽車。 中新社發(fā) 錢興強(qiáng) 攝戴墨勒-克萊斯勒公司（Daimler-Chrysler Co.）2000年推出用甲醇重整氣做燃料的NECAR5轎車。TOYOTA公司2003年在北美國際汽車展上展示的、采用hybrid技術(shù)的Toyta FINE-S電動(dòng)車。位于溫哥華（Vancouver）市的燃料汽車加油站和正在加油的福特公司FCV電動(dòng)車。3.5.2 燃料電池發(fā)電站 由于燃料電池發(fā)電效率并不受發(fā)電容量大小的影響，因此它不僅可以發(fā)展成為效率高的小容量家用發(fā)電機(jī)，也可以建造成大容量的分散型發(fā)電站，甚至集中型發(fā)電廠。瑞士蘇勒支-海塞斯（Sulzer Hexys,簡稱SH）公司開發(fā)的住宅用燃料電池利用食品工廠廢水的燃料電池系統(tǒng)利用垃圾的燃料電池系統(tǒng)3.5.3 便攜式燃料電池電源 二次電池（鋰電池和鎳氫電池）作為便攜式電源已廣泛使用，但隨著移動(dòng)電話及其它終端設(shè)備性能的改善，對(duì)電源能量密度的要求也越來越高。另一方面，廢棄的鋰電池和鎳氫電池對(duì)環(huán)境的污染及回收問題尚未妥善解決。因此，燃料電池有可能用做小型電氣設(shè)備，如便攜式電話、計(jì)算機(jī)等終端設(shè)備的電源。 左圖為在日本東京的FC Expo 2009會(huì)展上索尼展出了一系列