無極非金屬材料用作新能源材料的研究進(jìn)展20910099.ppt

1、無機(jī)非金屬材料用作新能源材料的研究進(jìn)展,研究新能源材料的意義,化石燃料的使用造成嚴(yán)重的環(huán)境污染和過量溫室氣體的排放。 能源安全和環(huán)境保護(hù)已經(jīng)成為十分緊迫的現(xiàn)實(shí)問題，解決途徑主要有： 大力開發(fā)可再生能源，特別是風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能，使可再生能源在能源構(gòu)成中占據(jù)主要地位。 研究和開發(fā)儲(chǔ)能材料和儲(chǔ)能器件。 開發(fā)其他新能源材料。,太陽能電池,硅系列太陽能電池 單晶硅：轉(zhuǎn)換效率最高，但成本也高 多晶硅薄膜太陽能電池：轉(zhuǎn)換效率20%，成本低，效率高，性能穩(wěn)定 非晶硅薄膜太陽能電池：較高的轉(zhuǎn)換效率，較低的成本，穩(wěn)定性不高,太陽能電池,多元化合物薄膜太陽能電池 主要包括砷化鎵-族化合物、硫化鎘、碲化鎘及銅銦

2、硒薄膜電池等。 硫化鎘、碲化鎘：轉(zhuǎn)換效率高，成本低，但鎘會(huì)造成環(huán)境污染 銅銦硒CuInSe2(CIS)光電轉(zhuǎn)換效率高達(dá)19.5%（面積0.4cm2），具有價(jià)格低廉、性能良好和工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但銦和硒都是稀有元素 ，所以這類電池的發(fā)展會(huì)受到限制。 砷化鎵-族化合物轉(zhuǎn)換效率高，是很理想的電池材料。,太陽能電池,納米晶染料敏化太陽能電池（新一代太陽能電池） 由納米晶寬帶半導(dǎo)體多孔薄膜、染料分子和電解質(zhì)以及對(duì)電級(jí)組成三明治結(jié)構(gòu)。 成本低、工藝簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定,太陽能電池,聚合物太陽能電池 在導(dǎo)電材料表面復(fù)合多層性能不同的高分子材料，制成類似無機(jī)pn結(jié)的單向?qū)щ娧b置，利用聚合物吸收光能，并將其轉(zhuǎn)化為電能。

3、 有機(jī)材料具有柔性好、制作容易、材料來源廣泛和成本低等優(yōu)勢(shì)，可大規(guī)模利用太陽能，提供廉價(jià)電能，這是目前太陽能電池研究領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)。,太陽能電池,隨著新材料的不斷開發(fā)和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，以納米晶一代太陽染料敏化太陽能電池為代表的新能電池也愈來愈顯示出誘人的前景。,鋰離子電池關(guān)鍵材料,鋰離子電池正極材料 鋰離子電池的正極材料比容量目前僅130mAh/g左右，遠(yuǎn)低于負(fù)極材料350mAh/g的比容量，成為鋰離子電池容量的限制因素，因此改善正極材料性能是提高鋰離子電池性能的關(guān)鍵因素之一。 鋰離子電池正極材料主要分為三種：具有層狀結(jié)構(gòu)的LiMO2(M=Co, Ni, NiCo, NiCoMn),尖晶石結(jié)構(gòu)

4、的LiMn2O4，橄欖石結(jié)構(gòu)的LiMPO4(M=Fe,Mn,Co)。,鋰離子電池關(guān)鍵材料,鋰離子電池正極材料 LiCoO2一直是鋰離子電池的主導(dǎo)正極材料。 LiCoO2可以快速充放電，材料具有較好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和循環(huán)性能。但熱穩(wěn)定性較差。 尖晶石結(jié)構(gòu)LiMn2O4正極材料具有比LiCoO2更好的安全性，而且價(jià)格低廉，特別適用于動(dòng)力電池。但尖晶石LiMn2O4在3V附近過渡嵌鋰時(shí)，易發(fā)生Janh-Teller效應(yīng)，由尖晶石結(jié)構(gòu)向四方結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，電化學(xué)性能急劇下降。 LiFePO4也是一種新型高安全性、低成本的正極材料，有較好的脫嵌可逆性、循環(huán)穩(wěn)定性和安全性，有望成為動(dòng)力電池首選的正極材料。但是，制備

5、工藝較為復(fù)雜，生產(chǎn)成本比LiCoO2和LiMn2O4高。,鋰離子電池關(guān)鍵材料,鋰離子電池負(fù)極材料 目前鋰離子電池用負(fù)極材料以碳質(zhì)材料為主，包括中間性炭微球和改性天然石墨等，實(shí)際比容量達(dá)到350mAh/g左右。 近年來正在開發(fā)更高比容量的新型負(fù)極材料，如錫基材料和硅及硅化合物等，此外具有優(yōu)良充放電性能的Li4Ti5O12也是目前新型負(fù)極材料研究熱點(diǎn)之一。,鋰離子電池關(guān)鍵材料,鋰離子電池負(fù)極材料 錫氧化物具有較高的首次容量(1200mAh/g)，但在首次充放電過程中易生成氧化鋰，產(chǎn)生較大的首次不可逆容量，此外在充放電循環(huán)過程中材料的體積變化大，易造成材料的結(jié)構(gòu)破壞，導(dǎo)致材料循環(huán)性能下降。 Li4T

6、i5O12是一種具有尖晶石結(jié)構(gòu)的可嵌鋰電極材料。Li4Ti5O12具有放電平穩(wěn)，電壓指示明顯，首次充放電過程中不形成SEI膜，不易產(chǎn)生枝晶，與電解液相容性好以及鋰離子擴(kuò)散系數(shù)大等特點(diǎn)。但Li4Ti5O12仍存在著導(dǎo)電性較差，容量不高以及平臺(tái)電壓較高等問題。,鎳氫動(dòng)力電池關(guān)鍵材料,鎳氫電池正極材料是Ni(OH)2，當(dāng)前主要是根據(jù)需要對(duì)其進(jìn)行改性處理。 鎳氫電池負(fù)極材料目前主要是LaNi5系，Laves相儲(chǔ)氫合金主要分MgCu（立方型，C15型）、MgZn2（六方，C14型）、MgNi2（六方，C36型）結(jié)構(gòu)。通式AB2Laves相儲(chǔ)氫合金主要有鋯基和鈦基兩大類。與稀土鎳系儲(chǔ)氫合金相比，Laves

7、相儲(chǔ)氫合金儲(chǔ)氫容量高，曾被看做第二代儲(chǔ)氫合金電極材料。,鎳氫動(dòng)力電池關(guān)鍵材料,鈦系A(chǔ)B型儲(chǔ)氫電極合金材料 Ti2Ni相、TiNi相，但其理論化學(xué)儲(chǔ)氫容量偏低。 V-Ti基固溶體合金，其特點(diǎn)是室溫下儲(chǔ)氫量大。 Ti22V66Ni12合金室溫儲(chǔ)氫容量高，但由于低平臺(tái)電壓貢獻(xiàn)的儲(chǔ)氫容量難以在實(shí)際放電中實(shí)現(xiàn)電化學(xué)脫氫，合金的每克電化學(xué)放電容量?jī)H為420mAh。,鎳氫動(dòng)力電池關(guān)鍵材料,AB3型儲(chǔ)氫合金電極材料 PuNi3型斜六面體結(jié)構(gòu)和CeNi3型六面體結(jié)構(gòu)。 研究較多的主要是具有PuNi3型結(jié)構(gòu)的多元含有金屬鎂的合金，如LaCaMgNi9和(LaMg)(NiCo)3合金。此類儲(chǔ)氫合金的每克電化學(xué)容量在

8、360-400mAh，可以大幅度提高負(fù)極材料的電化學(xué)容量。,鎳氫動(dòng)力電池關(guān)鍵材料,鎂基儲(chǔ)氫合金電極材料 鎂的資源豐富、價(jià)格低廉，作為電極材料應(yīng)用具有潛在優(yōu)勢(shì)。,固體氧化物燃料電池,傳統(tǒng)的固體氧化物燃料電池(SOFC)通常在8001000的高溫條件下工作，由此帶來材料選擇困難、制造成本高等問題。 如果將SOFC的工作溫度降至600800，便可采用廉價(jià)的不銹鋼作為電池堆的連接材料，降低電池其他部件(BOP)對(duì)材料的要求，同時(shí)可以簡(jiǎn)化電池堆設(shè)計(jì)，降低電池密封難度，減緩電池組件材料間的互相反應(yīng)，抑制電極材料結(jié)構(gòu)變化，從而提高SOFC系統(tǒng)的壽命，降低SOFC系統(tǒng)的成本。,固體氧化物燃料電池,實(shí)現(xiàn)SOFC的中低溫運(yùn)行有兩條主要途徑： 繼續(xù)采用傳統(tǒng)的電解質(zhì)材料，將其制成薄膜，減小電解質(zhì)厚度，以減小離子傳導(dǎo)距離，使燃料電池在較低的溫度下獲得較高的功率輸出。 開發(fā)新型的中低溫固體電解質(zhì)材料及與之相匹配的電極材料和連接板材料。,結(jié)語,開發(fā)新能源是降低碳排放