新能源材料第1講

1能源材料

Energymaterials2課程目的：較為全面地了解掌握能源材料的相關(guān)原理、性質(zhì)、制備、表征、工藝設(shè)備及應(yīng)用，掌握能源材料的基本試驗(yàn)研究方法與檢測(cè)技術(shù)，開(kāi)拓能源材料領(lǐng)域視野，了解相關(guān)的一些新動(dòng)向。

3主要參考書(shū)目：（1）雷永泉.新能源材料，天津大學(xué)出版社，2000（2）陳軍，袁華堂.新能源材料，化學(xué)工業(yè)出版社，2003（3）中國(guó)材料研究學(xué)會(huì).能源材料、智能材料和梯度材料新進(jìn)展，冶金工業(yè)出版社，1998（4）陳華輝等.現(xiàn)代復(fù)合材料，中國(guó)物資出版社，19984

主要內(nèi)容前言高性能超級(jí)電容器新型二次電池材料燃料電池太陽(yáng)能電池材料核能材料5前言0.1人類社會(huì)對(duì)能源的需求與面臨的挑戰(zhàn)0.2新能源與新能源材料0.3新能源材料的主要進(jìn)展60.1人類社會(huì)對(duì)能源的需求與面臨的挑戰(zhàn)能源需求的持續(xù)增長(zhǎng)能源結(jié)構(gòu)的變化礦物能源面臨枯竭的前景礦物燃料燃燒造成的環(huán)境污染7幾個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家單位GDP能耗的變化曲線能源消耗8能源結(jié)構(gòu)的變化：一方面反映人類能源技術(shù)的進(jìn)步；另一方面反映出產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和社會(huì)生活的變化。能源結(jié)構(gòu)9

礦物能源枯竭的必然性已取得共識(shí)；面對(duì)21世紀(jì)，原油和天然氣資源與需求的形式是比較嚴(yán)峻的。能源枯竭10環(huán)境污染110.2新能源與新能源材料材料的作用新能源材料的任務(wù)及面臨的課題12材料的作用：新材料把原來(lái)習(xí)用已久的能源變成新能源；一些新材料可提高儲(chǔ)能和能源轉(zhuǎn)化效率；新材料決定著核反應(yīng)堆的性能和安全性；材料的組成、結(jié)構(gòu)、制作與加工工藝決定著新能源的投資與運(yùn)行成本。13新能源材料的任務(wù)及面臨的課題：研究新材料、新結(jié)構(gòu)、新效應(yīng)以提高能量的利用效率與轉(zhuǎn)換效率；資源的合理利用；安全與環(huán)境保護(hù)；材料規(guī)模生產(chǎn)的制作與加工工藝；延長(zhǎng)材料的使用壽命。140.3新能源材料的主要進(jìn)展金屬氫化物鎳電池（Ni/MH）正極材料（球形Ni(OH)2）的改善；AB5型混合稀土負(fù)極儲(chǔ)氫合金的改進(jìn)；新型高容量?jī)?chǔ)氫電極合金的研究與開(kāi)發(fā)；電池的再生利用問(wèn)題。15鋰離子二次電池材料碳負(fù)極材料（由最初的鋰負(fù)極發(fā)展為現(xiàn)在的碳負(fù)極材料）；納米合金負(fù)極材料；正極材料（LiCoO2、LiMn2O4、LiNiO2、LiFePO2、復(fù)合材料等）；電解質(zhì)材料（高性能、高安全）。16燃料電池材料堿性氫氧電池（AFC）磷酸型燃料電池（PAFC）質(zhì)子交換膜型燃料電池（PEMFC）材料熔融碳酸鹽型燃料電池（MCFC）固體氧化物燃料電池（SOFC）17太陽(yáng)能電池材料發(fā)展材料工藝，提高轉(zhuǎn)換效率；發(fā)展薄膜電池，節(jié)約材料消耗；材料的大規(guī)模加工技術(shù)；與建筑相結(jié)合。18核能材料包殼材料（使燃料與冷卻劑分開(kāi)）；核燃料（性能、形貌）；聚變堆的第一壁材料（要求最苛刻：輻射、真空、腐蝕等）；核廢料的處理。19超級(jí)電容器材料碳材料氧化物材料導(dǎo)電聚合物材料復(fù)合材料應(yīng)用201.1新型二次電池及其在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位、作用及發(fā)展前景1.2Ni/MH二次電池1.3鋰離子二次電池1.4超級(jí)電容器第1章新型二次電池概述21工作電壓（額定電壓）、工作電流（額定電流）容量（Ah、F、J）、內(nèi)阻（ESRAC、ESRDC）工作溫度功率密度（重量功率密度、體積功率密度）能量密度（重量能量密度、體積能量密度）循環(huán)壽命、一致性充放電曲線、放電平臺(tái)、自放電二次電池若干定義、概念221.1新型二次電池及其在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位、作用及發(fā)展前景1.1.1二次電池簡(jiǎn)介1.1.2新型二次電池及其在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位、作用及發(fā)展前景231.1.1二次電池簡(jiǎn)介

在電池中，有一類電池的充放電反應(yīng)是可逆的。放電時(shí)通過(guò)化學(xué)反應(yīng)可以產(chǎn)生電能，通以反向電流（充電）時(shí)則可使體系回復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)，即將電能以化學(xué)能的形式重新儲(chǔ)存起來(lái)。這種電池稱為二次電池或蓄電池。1.1新型二次電池及其在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位、作用及發(fā)展前景24251.1.2新型二次電池及其在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位、作用及發(fā)展前景新型二次電池技術(shù)的研究熱點(diǎn)：儲(chǔ)氫材料及金屬氫化物鎳電池；鋰離子嵌入材料及液態(tài)電解質(zhì)鋰離子電池；聚合物電解質(zhì)鋰蓄電池或鋰離子電池。26電池技術(shù)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的推動(dòng)力：（1）信息技術(shù)的發(fā)展，特別是移動(dòng)通信及筆記本計(jì)算機(jī)等的迅速發(fā)展，迫切需要電池小型化、輕型化、長(zhǎng)服務(wù)時(shí)間、長(zhǎng)工作壽命和免維護(hù)。（2）環(huán)境保護(hù)呼聲愈來(lái)愈高。（3）全世界天然能源正在不斷消耗，終將耗竭，尋求新能源的呼聲愈來(lái)愈高。（4）航空領(lǐng)域和現(xiàn)代化武器裝備對(duì)高性能二次電池的需求迫切。2728我國(guó)發(fā)展新型二次電池產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)實(shí)意義：改變我國(guó)電池工業(yè)的現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)格局，提升二次電池在市場(chǎng)中的主導(dǎo)地位；加速我國(guó)電池?zé)o汞化和無(wú)鎘化進(jìn)程，改善目前電池生產(chǎn)和使用造成嚴(yán)重的環(huán)境污染；逐步滿足我國(guó)正在迅猛崛起的電子信息產(chǎn)業(yè)對(duì)綠色環(huán)保電池的需求；隨新型二次電池的開(kāi)發(fā)，推動(dòng)所需電池材料產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展。29301.2.1Ni/MH二次電池的生產(chǎn)及其特點(diǎn)1.2.2Ni/MH電池的結(jié)構(gòu)和工作原理1.2.3Ni/MH二次電池及正負(fù)極材料的發(fā)展現(xiàn)狀1.2Ni/MH二次電池311.2.1Ni/MH二次電池的生產(chǎn)及其特點(diǎn)20世紀(jì)60年代末，發(fā)現(xiàn)LaNi5和Mg2Ni等合金具有可逆吸放氫的性能；1973年，開(kāi)始研究LaNi5型儲(chǔ)氫合金作為二次電池負(fù)極材料；1984年，研究解決了