新能源材料01新型二次电池材料ppt课件
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新能源材料-金属空气电池ppt课件
7.4 铝空气电池
铝空气电池的化学反应与锌空气电池类似，铝空气电池以 高纯度铝Al（含铝99.99%）为负极、氧为正极，以氢氧化钾 （KOH）或氢氧化钠（NaOH）水溶液为电解质。铝摄取空 气中的氧，在电池放电时产生化学反应，铝和氧作用转化为 氧化铝。铝空气电池的进展十分迅速，它在EV上的应用已 取得良好效果，是一种很有发展前途的空气电池。
7.2 空气电极
7.2.3 空气电极催化剂
金属空气电池的发展主要来自于氧电极催化剂的不断 更新，为降低正极反应过程中的电化学极化，人们对氧化 还原反应的电催化剂进行了广泛的研究。最早用于氧化还 原电催化剂的是炭，但是其催化活性相当低。目前研究的 氧电极催化剂主要有：铂及其合金、银、金属螯合物、金 属氧化物（如锰氧化物、钙钛矿型氧化物等）等几个系列。
M M n ne
金属空气电池工作原理
电池放电总反应为
4M nO2 2nH 2O 4M (OH )n
反应式中，M是金属，n是金属氧化过程中的价态变化值， 大多数金属在电解质溶液中是不稳定的，会发生腐蚀或 氧化生成H2。
n M nH2O M(OH )n 2 H2
这种伴生腐蚀反应或者自放电降低了负极的库仑效率， 所以必须得到控制，以减小电池的容量损失。
E
E0 O2 / OH
E0 ZnO / Zn
新能源材料简介PPT课件
9
• 新能源包括
• 太阳能
• 生物质能 • 核能
太阳能
• 风能
• 地热
• 海洋能
• 氢能
潮汐能
核能 地热
风能
氢能
10
• 新能源材料是指能实现新能源的转化和利用以及发展新能 源技术所需的关键材料，主要包括：
• 硅半导体为代表的太阳能电池材料 • 储氢合金为代表的储氢材料 • 锂离子电池为代表的二次电池材料 • 质子交换膜电池为代表的燃料电池材料 • 铀、氘、氚为代表的反应堆核能材料 • -------------
• 我国作为发展中大国，能源消耗巨大，能源利用率 不高，能源结构也不合理。
➢ 2009年，中国风力发电量达到了25.8亿瓦，超过了德国 的25.77亿瓦，仅次于美国35亿瓦；
➢ 2020年，中国将投入足以实现年发电量150亿瓦的风力 涡轮机，成为世界最大的风能生产国。
➢ 尽管在新能源领域有了大规模的增长，但风力发电量只 占据中国电力消耗总量的1% 。
• 用超轻碳纤维材料制成，总重1.6吨，由4台小型电 力发动机驱动，机翼配备1.2万个太阳能电池板，
翼展长度大约64米。
22
晶体硅太阳能电池
• 晶体硅太阳电池是以硅半导体材料制成的大面积pn 结，在p型硅片上制作很薄的掺杂n型层，在n型层上 制作金属栅线作为正面接触电极，在背面制作金属 膜作为背面接触电极。
• 新能源包括
• 太阳能
• 生物质能 • 核能
太阳能
• 风能
• 地热
• 海洋能
• 氢能
潮汐能
核能 地热
风能
氢能
10
• 新能源材料是指能实现新能源的转化和利用以及发展新能 源技术所需的关键材料，主要包括：
• 硅半导体为代表的太阳能电池材料 • 储氢合金为代表的储氢材料 • 锂离子电池为代表的二次电池材料 • 质子交换膜电池为代表的燃料电池材料 • 铀、氘、氚为代表的反应堆核能材料 • -------------
• 我国作为发展中大国，能源消耗巨大，能源利用率 不高，能源结构也不合理。
➢ 2009年，中国风力发电量达到了25.8亿瓦，超过了德国 的25.77亿瓦，仅次于美国35亿瓦；
➢ 2020年，中国将投入足以实现年发电量150亿瓦的风力 涡轮机，成为世界最大的风能生产国。
➢ 尽管在新能源领域有了大规模的增长，但风力发电量只 占据中国电力消耗总量的1% 。
• 用超轻碳纤维材料制成，总重1.6吨，由4台小型电 力发动机驱动，机翼配备1.2万个太阳能电池板，
翼展长度大约64米。
22
晶体硅太阳能电池
• 晶体硅太阳电池是以硅半导体材料制成的大面积pn 结，在p型硅片上制作很薄的掺杂n型层，在n型层上 制作金属栅线作为正面接触电极，在背面制作金属 膜作为背面接触电极。
新能源电池课件ppt
新能源电池课件
$number {01}
目录
• 新能源电池概述 • 新能源电池的工作原理 • 新能源电池的优缺点 • 新能源电池的市场现状与前景 • 新能源电池的环保与安全问题 • 新能源电池的发展策略与建议
01
新能源电池概述
新能源电池的定义与分类
定义
新能源电池是一种将光能、风能、水能等可再生能源转化为 电能的储能装置，具有高效、环保、可再生的特点。
太阳能电池工作原理
总结词
清洁、可持续、高效率
详细描述
太阳能电池利用光伏效应将光能转化为电能。当阳光照射在太阳能电池上时，光子能量被吸收并传递 给电子，使电子从束缚状态跃迁到自由状态，形成电流。太阳能电池具有清洁、可持续、高效率等优 点，但受天气和地理位置限制较大，成本较高。
燃料电池工作原理
要点一
回收利用
新能源电池的回收利用可以减少资源浪 费和环境污染，同时也可以节约能源和 资源。
VS
处理方式
新能源电池的处理方式包括物理破碎、化 学溶解等，这些处理方式需要严格的安全 和环保标准。
06
新能源电池的发展策略与建 议
加强新能源电池的研发与创新
加大研发投入
政府和企业应增加对新能源电池研发的投入，支持基础研究和技 术创新。
新能源电池市场前景预测
市场规模
预计未来几年全球新能源电池市 场规模将继续保持快速增长，主 要受益于新能源汽车市场的不断
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目录
• 新能源电池概述 • 新能源电池的工作原理 • 新能源电池的优缺点 • 新能源电池的市场现状与前景 • 新能源电池的环保与安全问题 • 新能源电池的发展策略与建议
01
新能源电池概述
新能源电池的定义与分类
定义
新能源电池是一种将光能、风能、水能等可再生能源转化为 电能的储能装置，具有高效、环保、可再生的特点。
太阳能电池工作原理
总结词
清洁、可持续、高效率
详细描述
太阳能电池利用光伏效应将光能转化为电能。当阳光照射在太阳能电池上时，光子能量被吸收并传递 给电子，使电子从束缚状态跃迁到自由状态，形成电流。太阳能电池具有清洁、可持续、高效率等优 点，但受天气和地理位置限制较大，成本较高。
燃料电池工作原理
要点一
回收利用
新能源电池的回收利用可以减少资源浪 费和环境污染，同时也可以节约能源和 资源。
VS
处理方式
新能源电池的处理方式包括物理破碎、化 学溶解等，这些处理方式需要严格的安全 和环保标准。
06
新能源电池的发展策略与建 议
加强新能源电池的研发与创新
加大研发投入
政府和企业应增加对新能源电池研发的投入，支持基础研究和技 术创新。
新能源电池市场前景预测
市场规模
预计未来几年全球新能源电池市 场规模将继续保持快速增长，主 要受益于新能源汽车市场的不断
新能源材料简介
常用高压氢气瓶
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活性炭储氢
• 活性炭比表面积可达2000m2/g 以上，低温加压可吸附储氢。 活性炭原料易得，吸附储氢和 放氢操作都比较简单。 • 富勒烯 (C60) 和碳纳米管 (CNT) 对氢气具有较强的吸附作用。 单层碳纳米管的吸氢量比活性 炭高，H2的吸附量可达5％-10 ％(质量分数)，有望成为新一 代储氢材料。
储氢量大，能量密度高；
吸氢和放氢速度快；
氢化物生成热小； 分解压适中： 容易活化； 化学稳定性好；
在储运中安全、无害；
原料来源广、成本价廉。
33
新型二次电池材料
34
• 一次电池使用后常随普通垃圾一起被丢弃或掩埋， 造成资源浪费，同时电池中的重金属元素泄露也会 污染地下水和土壤。 • 二次电池或蓄电池：放电时通过化学反应产生电能 ，充电时则使体系回复到原来状态，将电能以化学 能形式重新储存起来。
37
• Ni/MH电池开发重点是大功率、高容量方向。国际上 主要汽 车公司 如 GM 、 Ford 和 Toyota 等相 继开发 出 Ni/MH电动汽车和混合电动汽车，
• GM公司生产的Ni/MH电池动力车，单次充电后可行驶 225km，时速为150公里。
GM生产的EVI汽车，用26个12V的电 池，3小时充电后时速可达到150公里
21
晶体硅太阳能电池
二次电源
Position for H occupied at HSM
Hydrogen on Tetrahedral Sites
Hydrogen on Octahedral Sites
3.1 金属氢化物储氢
目前研制成功的： 稀土镧镍系 钛铁系 镁系 钛/锆系
稀土镧镍系储氢合金
典型代表：LaNi5 ,荷兰Philips实验室首先研制 特点：
实际使用时需对合金进行表面改性处理
Βιβλιοθήκη Baidu TiFe alloy
Characteristics:
two hydride phases; β phase (TiFeH1.04) & γ phase (TiFeH1.95 ) 2.13TiFeH0.10 + 1/2H2 → 2.13TiFeH1.04 2.20TiFeH1.04 + 1/2H2 → 2.20TiFeH1.95
金属氧化物
锡的氧化物包括氧化亚锡、氧化锡及其 混合物都具有一定的可逆储锂能力,可达 500mAh/g以上, 但首次不可逆容量大,循环衰 减快。通过改进制备工艺条件以及通过向锡 的氧化物中掺入B、P、Al及金属元素的方法 可使不可逆容量和循环性能得到改善,但仍有 待进一步改进和提高。
纳米金属及金属间化合物
石墨类炭材料具有以下嵌锂特性：
1） 嵌锂容量高，其锂论容量为372mAh/g。 2） 嵌锂电位低且平坦，为锂离子电池提供高而平稳 的 工作电压。 3） 容量受溶剂的影响程度较大，与有机溶剂的相容 能力差。 目前用石墨作炭负极的生产制造商主要有 Panasonic（松下），Sanyo（三洋），Varta（瓦 尔塔）等公司。
1.第七章__新能源材料
2）资源的合理利用 新能源的大量应用必然涉及到新材料所需原料的 资源问题。例如，太阳电池若能部分地取代常规发 电，所需的半导体材料要在百万吨以上，对一些元 素而言（如镓、铟等）是无法满足的。因此一方面 尽量利用丰度高的元素，如硅等；另一方面实现薄 膜化以减少材料的用量。又例如，燃料电池要使用 铂作触媒，其取代或节约是大量应用中必须解决的 课题。当新能源发展到一定规模时，还必须考虑废 料中有价元素的回收工艺与循环使用。
燃煤污染物
!
占全国排放比例：
SO2－85% CO2 －85% NOx－60% 粉尘－70%
世界十大严重污染城市
因二氧化硫排放 每年经济损失1126亿元
(世界银行统计超过5000亿元)
中国占：
7
个
能源结构发生变化
世界能源消费结构的特点
半个世纪来，世界煤炭消费比例一直呈下降
的趋势，70年代起石油已在世界能源消费中 占第一位。 水能和核能的利用，主要表现在水电及核电 的比例上。电能是现代化所必须的高级二次 能源。
2．2 新能源材料的任务及面临的课题
4）材料规模生产的制作与加工工艺 在新能源的研究开发阶段，材料组成与结构的优化 是研究的重点；而材料的制作和加工常使用现成的工艺 与设备；到了工程化的阶段，材料的制作和加工工艺与 设备就成为关键的因素。在许多情况下，需要开发针对 新能源材料的专用工艺与设备以满足材料产业化的要求 。这些情况包括：①大的处理量；②高的成品率；③高 的劳动生产率；④材料及部件的质量参数的一致性、可 靠性；⑤环保及劳动防护；⑤低成本。
燃煤污染物
!
占全国排放比例：
SO2－85% CO2 －85% NOx－60% 粉尘－70%
世界十大严重污染城市
因二氧化硫排放 每年经济损失1126亿元
(世界银行统计超过5000亿元)
中国占：
7
个
能源结构发生变化
世界能源消费结构的特点
半个世纪来，世界煤炭消费比例一直呈下降
的趋势，70年代起石油已在世界能源消费中 占第一位。 水能和核能的利用，主要表现在水电及核电 的比例上。电能是现代化所必须的高级二次 能源。
2．2 新能源材料的任务及面临的课题
4）材料规模生产的制作与加工工艺 在新能源的研究开发阶段，材料组成与结构的优化 是研究的重点；而材料的制作和加工常使用现成的工艺 与设备；到了工程化的阶段，材料的制作和加工工艺与 设备就成为关键的因素。在许多情况下，需要开发针对 新能源材料的专用工艺与设备以满足材料产业化的要求 。这些情况包括：①大的处理量；②高的成品率；③高 的劳动生产率；④材料及部件的质量参数的一致性、可 靠性；⑤环保及劳动防护；⑤低成本。
2.材料科学进展新能源材料2
材料科学进展新能源材料
新能源材料 Energy Materials （二）
主要内容
一、概述 二、新型二次电池材料 三、太阳能电池材料 四、燃料电池材料 五、超导材料
二次电池材料
含铅、镉，污染
绿色电池
二、新型二次电池材料
1. 金属氢化物镍电池材料（Ni/MH） 2. 锂离子电池材料（LIB）
1. Ni/MH电池结构及工作原理
LIB电池正极材料
4、复合正极材料 （1） LiNixCo1-xO2复合氧化物； 优点：成本低、热力学稳定性好、循环稳定性 好、容易制备、容量较高 正逐步实现商品化和实用化。 （2）改性LiMyMn2-yO4复合正极材料 (M=Co,Cr,Ni,Al)
LIB电池正极材料
5、有机硫化物正极材料
LIB电池负极材料
1、金属锂 解决金属锂负极不稳定的方法： 1）寻找新的负极材料； 2）采用聚合物电解质避免Li与有机溶剂反应； 3）改进有机电解液配方。
LIB电池负极材料
2、锂合金 • 各种常见锂合金材料：LiAl, LiPd, LiSn, LiBi, LiIn, LiAlFe, LiAlB, LiSi等。
锂离子电池
笔记本电脑及其锂离子电池
锂离子电池动力汽车
2005年5月通过验收
即将在北京公交系统上投入使用的锰酸锂电池动力汽车
锂离子电池动力汽车
新能源材料 Energy Materials （二）
主要内容
一、概述 二、新型二次电池材料 三、太阳能电池材料 四、燃料电池材料 五、超导材料
二次电池材料
含铅、镉，污染
绿色电池
二、新型二次电池材料
1. 金属氢化物镍电池材料（Ni/MH） 2. 锂离子电池材料（LIB）
1. Ni/MH电池结构及工作原理
LIB电池正极材料
4、复合正极材料 （1） LiNixCo1-xO2复合氧化物； 优点：成本低、热力学稳定性好、循环稳定性 好、容易制备、容量较高 正逐步实现商品化和实用化。 （2）改性LiMyMn2-yO4复合正极材料 (M=Co,Cr,Ni,Al)
LIB电池正极材料
5、有机硫化物正极材料
LIB电池负极材料
1、金属锂 解决金属锂负极不稳定的方法： 1）寻找新的负极材料； 2）采用聚合物电解质避免Li与有机溶剂反应； 3）改进有机电解液配方。
LIB电池负极材料
2、锂合金 • 各种常见锂合金材料：LiAl, LiPd, LiSn, LiBi, LiIn, LiAlFe, LiAlB, LiSi等。
锂离子电池
笔记本电脑及其锂离子电池
锂离子电池动力汽车
2005年5月通过验收
即将在北京公交系统上投入使用的锰酸锂电池动力汽车
锂离子电池动力汽车
6.材料科学进展--新能源材料1
水平的重要物质基础之一。
能源的分类
一 第一类能源 （来自地球以外）
太 阳 辐 射 能 煤，石油，油页岩，天然气，草 木燃料，沼气和其它由于光和作 用而固定下来的太阳能。 风，流水，海流，波浪海洋热能 ，直接太阳能
级
宇宙射线，流星和其它星际物质带进地球 大气的能量 地 球 热 能 地震，火山活动 地下热水和地热蒸气（包括温 泉和沸泉） 热岩层 潮汐能
二、新型二次电 池材料
电池的分类
化学电池 1. 一次电池：碱性电池、碳锌电池、氧化银 电池、水银电池 2. 二次电池：铅酸电池、镍镉电池、镍氢电 池、锂电池 3. 燃料电池 物理电池 1. 太阳能电池 2. 原子能电池
二次电池材料
含铅、镉，污染
绿色电池
二次电池材料
新型二次电池材料
1. 金属氢化物镍电池材料（Ni/MH） 2. 锂离子电池材料（LIB）
Boron Nitride 纳米管储氢
R. Ma, Y. Bando, H.Zhu, T. Sato, C. Xu, and D. Wu, “Hydrogen Uptake in Boron Nitride Nanotubes at Room Temperature”, J. Am. Chem. Soc., 124, 7672-7673 (2002).
太阳能主要利用形式： 1）热能直接利用：如利用镜面或反射槽将太阳光 聚焦在收集器上，由中间介质吸热产生蒸汽，推动 气轮机组发电； 2）光伏效应：太阳能电池。
新型二次电池材料的设计与性能优化
新型二次电池材料的设计与性能优化
近年来，随着新能源汽车和储能设备的迅速普及，二次电池作为能量存储的重
要形式，也得到了广泛的关注与研究。其中，新型二次电池材料的设计与性能优化是实现高性能、低成本二次电池的关键。
一、新型二次电池材料的设计
1.1 金属氧化物材料
金属氧化物具有多种优良性质，包括良好的稳定性、高电导率、优异的电化学
性能等。因此，金属氧化物可以作为二次电池正极材料或负极材料。例如，锂离子电池的正极材料主要采用钴酸锂、磷酸铁锂等金属氧化物材料。
但是，金属氧化物材料存在一些缺点，如容量低、循环寿命短、生成副反应等。因此，设计出合成新型金属氧化物材料，进一步提高其电化学性能，是当前研究的热点和难点。
1.2 碳材料
碳材料广泛存在于二次电池材料之中，如石墨、碳纤维、石墨烯等。其中，石
墨是钠离子电池负极材料和锂离子电池负极材料的主要成分，在提高其容量和寿命方面具有重要作用。
另外，石墨烯作为一种新型碳材料，具有高比表面积、优异的导电性能和良好
的机械强度等特点。由于其独特的二维结构，石墨烯材料在二次电池的应用中具有广阔的前景。
1.3 合金材料
合金材料是一种金属材料，具有超过纯金属的性能表现。它的性能受元素组成、合金化处理及热处理等因素的影响，因此可以根据电池需要进行合金化设计。例如，
铝合金是钠离子电池负极材料的重要组成部分，可以实现高容量的同时提高循环寿命。
二、新型二次电池材料性能优化
2.1 提高容量
二次电池的容量是指电池在一次充电中所能储存的电量。提高二次电池材料的容量，是实现高能量密度、高出力率和高循环寿命电池的重要手段。
新能源电池课件ppt
04
新能源电池的制造与工艺流程
锂离子电池的制造与工艺流程
材料准备
包括正极材料、负极材料、隔膜、电解液等
01
02
配料
将正极材料、负极材料、隔膜、电解液等按 照一定的比例混合
涂布
将混合好的材料涂布到金属箔上
03
注液
将电解液注入电池组中
05
04
装配
将涂布好的金属箔叠层，中间放置隔 膜，装配成电池组
06
详细描述
镍氢电池采用镍及其氧化物作为电极材料，具有高能量密度和较好的电性能。同 时，镍氢电池对环境友好，无污染。此外，镍氢电池还具有较好的安全性能和较 长的使用寿命。然而，镍氢电池的制造成本较高，且自放电率相对较高。
燃料电池
总结词
燃料电池是一种能够将化学能转化为电 能的装置，具有高效、环保、可持续等 优点。
工作原理
太阳能电池的工作原理是基于半导体的光电效应。当阳光照射到太阳能电池上时，半导体材料中的电子被激发到导带 中，产生电流。这个过程不经历传统意义上的充电和放电过程。
技术特点
太阳能电池具有清洁、可再生、无噪音等优点。它的能量来源广泛且无穷尽，能够持续供电。但是，它 的转换效率较低，需要大面积的接收阳光才能产生足够的电力。
03
政策支持推动市场发 展
许多国家和地区都出台了支持新能源 电池发展的政策，为新能源电池市场 的发展提供了政策保障。
新能源材料PPT课件
12
氢能
• 氢是理想能源，热值高、无污染。 • 存在的问题：1）氢的来源，只能通过电解水，太
阳能分解水，生物制氢，以及化工、冶金等流程制 氢，这就需要消耗能源；2）在存储、运输及应用 过程中易爆，使材料产生氢脆、氢腐蚀，以及氢渗 漏等。 • 利用方式： 1）直接燃烧；2）储氢：将材料与氢结合成为氢化 物，需要时加热放氢，放完后还可继续充氢。如储 氢合金是高能蓄电池的负极。
• 能源是社会经济建设和提高人民生活
水平的重要物质基础之一。
3
能源的分类
一
级
能
源 二级 能源
太
阳
第一类能源
辐
（来自地球以外） 射
能
煤，石油，油页岩，天然气，草 木燃料，沼气和其它由于光和作 用而固定下来的太阳能。 风，流水，海流，波浪海洋热能 ，直接太阳能
宇宙射线，流星和其它星际物质带进地球 大气的能量
的风车，转子叶片直径要80
ｍ，包括传动箱的总重达30t；
风车高近百米，用材几百吨。
风车叶片耍有足够的强度和
抗疲劳性能，目前主要采用
玻璃钢或碳纤维增强塑料，
正向增强木材发展。
11
海洋能
• 潮汐的发生是地球受月球和太阳引力的影响而引 起的涨潮时海水向岸边冲去，落潮时又退回海中， 每天有规律地往复运动。受海岸、港湾地形的影 响，海面的高度在高潮和低潮时有很大差别。可 以用来推动机械装置，又可以用来发电。
氢能
• 氢是理想能源，热值高、无污染。 • 存在的问题：1）氢的来源，只能通过电解水，太
阳能分解水，生物制氢，以及化工、冶金等流程制 氢，这就需要消耗能源；2）在存储、运输及应用 过程中易爆，使材料产生氢脆、氢腐蚀，以及氢渗 漏等。 • 利用方式： 1）直接燃烧；2）储氢：将材料与氢结合成为氢化 物，需要时加热放氢，放完后还可继续充氢。如储 氢合金是高能蓄电池的负极。
• 能源是社会经济建设和提高人民生活
水平的重要物质基础之一。
3
能源的分类
一
级
能
源 二级 能源
太
阳
第一类能源
辐
（来自地球以外） 射
能
煤，石油，油页岩，天然气，草 木燃料，沼气和其它由于光和作 用而固定下来的太阳能。 风，流水，海流，波浪海洋热能 ，直接太阳能
宇宙射线，流星和其它星际物质带进地球 大气的能量
的风车，转子叶片直径要80
ｍ，包括传动箱的总重达30t；
风车高近百米，用材几百吨。
风车叶片耍有足够的强度和
抗疲劳性能，目前主要采用
玻璃钢或碳纤维增强塑料，
正向增强木材发展。
11
海洋能
• 潮汐的发生是地球受月球和太阳引力的影响而引 起的涨潮时海水向岸边冲去，落潮时又退回海中， 每天有规律地往复运动。受海岸、港湾地形的影 响，海面的高度在高潮和低潮时有很大差别。可 以用来推动机械装置，又可以用来发电。
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20
图8 Ni／MH电池典型的温度曲线
21
镍氢电池的优、缺点
循环寿命长，充放电 500次。 电池自放电速度较大，大电流快速充放电。 Ni／MH电池工作电压1.2V，与Ni／Cd电池具
有互换性等独特优势。 绿色电池，镍氢电池前景乐观，取代镍镉电池。 初始成本较高。 有爆炸的可能性。
26
氢的储存方法-用某些金属或合金来储存氢
➢氢的奇特性质，它会与某些过渡金属或合金形成金属氢化物。
➢镍氢电池要长期保存前，应该充电到80％左右保 存。新的镍氢电池有一些电，厂家已经预充电，防 止运输周转时间太长电池受到影响。长期保存的镍 氢电池用的时候，先将余电用完，再用正确方法充 放2－3次就可以恢复到最佳状态。
19
3种工作状态：正常工作状态、过充电状态和过放电状态。
表：镍氢电池的电极反应及对应的标准电位
+ 0 .4 0 1 -0 .8 2 9 ＋ 1 .2 3
-0 .8 2 9 -0 .8 2 9
0
当电池充满电后再继续 充电属于过充，由于正 极Ni(OH)2已基本全部 转化为NiOOH，电池 电位在此一温度达到平 衡值（最大值），此时 外部的恒定电流过充使 OH-氧化而产生氧气。
该反应产生的热量很 多，是导致电池整个体 系温度升高。故此时温 度存在急剧上升的现象。
氢电极 电池反应
2H 2O + 2e- 2O H - + H 2 氧氢化学复合
1 /2 O 2 + H 2 H 2O
总反应 不发生
镍 电 极 H 2O + e- O H - + 1 /2 H 2
氢 电 极 1 /2 H 2 + O H - e- + H 2O
总反应 不产生
E (V ) + 0 .4 9 0 -0 .8 2 0 1 .3 1 9
22
镍氢电池的反应
23
氢能开发
氢是自然界中最普遍的元素，资源 无穷无尽－不存在枯竭问题
氢和氧结合生成水。 －不存在污染问题，可
循环利用
1g氢燃烧后放出143 kJ热量。 －热值高
氢能的利用途径多－燃烧放热或电化学发电 氢的储运方式多－气体、液体、固体或化合物
24
不同储氢方式的比较
第1篇 新型二次电池材料
第1章 新型二次电池概述 第2章 金属氢化物镍电池材料 第3章 锂离子电池材料
1
第1章 新型二次电池概述
电池是一种利用电化学的氧化-还原反应，进行化学能-----电能之间转换的储能装置。
2
电池的应用
3
一次电池只能放电一次。 二次电池可反复充放电循环使用，可充电电池。
一次电池
气态储氢：
能量密度低 不太安全
液化储氢：
能耗高，常压下氢必须降温到摄氏零下 253℃才会变成液体
对储罐绝热性能要求高，保护层隔热设 备—托瓦瓶，防止液氢沸腾汽化。
液氢易逸散渗漏，会酿成火灾和爆炸事故。
25
固态储氢的优势：
体积储氢容量高 无需高压及隔热容器 安全性好，无爆炸危险 可得到高纯氢，提高氢的附加值
工作状态
电极反应
镍 电 极 N iO O H + H 2O + e - N i(O H )2+ O H -
正常
氢 电 极 1 /2 H 2 + O H - H 2O + e-
总 反 应 1 /2 H 2 + N iO O H N i(O H )2
过充电
过放电 (反 极 )
镍 电 极 2 O H - 2 e- + 1 /2 O 2 + H 2O
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2） 电极材料 正极材料—球形Ni(OH)2
正极材料 Ni(OH)2是涂覆式Ni／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+
电极放电时NiOOH逆变成Ni(OH)2， Ni3+还 原成Ni2+ 。
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负极材料－储氢合金(MH)
用于Ni／MH电池负极材料的储氢合金应满足下述条件： (a) 电化学储氢容量高； (b) 在热碱电解质溶液中合金组分化学性质相对稳定； (c) 反复充放电过程中合金不易粉化； (d) 合金应有良好的电和热的传导性； (e) 原材料成本低廉。
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3）结构
圆柱形Ni／MH电池的结构示意
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在圆柱形电池中，正负极用隔膜纸分开卷绕在一起，密封在钢壳中。 在方形电池中，正负极由隔膜纸分开后叠成层状密封在钢壳中。
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长期不用的电池保存和恢复方法
➢镍镉电池和镍氢电池特性不同，保存方法不同。
➢镍镉电池应将电用完保存，所以一般新镍镉电池 是基本没有电的，需要自己来充。采用正确充电方 法，需要充放3－5次才能将电池恢复到最佳状态。
锌锰干电池 银锌纽扣电池
电池
锂原电池 铅酸电池
二次电池
镍氢电池
锂离子电池
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1800年伏打首先制成了伏打电池。 1836年英国化学家发明了古典原电池。 1865年法国化学家发ຫໍສະໝຸດ Baidu了第—个干电池。 现代的干电池不过是其改进。
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1.1 锌锰干电池 锌锰干电池结构图
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1.2 铅蓄电池
电池组成： 由金属铅板(负极)和紧附着二氧化铅的铅板(正 极)浸入30％（密度为1.2—1.3 g/cm3）的硫酸水溶液所组成。 铅蓄电池充电后电压可达2.2伏；放电后电压下降，当电压 降至l.25伏时(这时溶液密度为1.05 g/cm3 ) 不能再使用，必须 充电。铅蓄电池用于汽车、小型电动机车作为启动电源，用 于实验室作为常用电源，还广泛用于飞机、拖拉机、坦克的 照明光源。
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镍氢电池由正极，负极，隔膜纸，电解液，钢 壳，顶盖，密封圈等组成；
氢氧化镍正极，储氢合金负极；正负极用隔膜 纸分开卷绕在一起，密封在钢壳中；
电解质由水溶液组成，其主要成分为氢氧化钾。 KOH不仅起离子迁移电荷作用，而且参与了电 极反应；
利用氢的吸收和释放的电化学可逆反应。
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1）工作原理
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铅蓄电池的电极反应
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发展中的新型二次电池
镍氢电池
锂离子电池
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1.3 金属氢化物镍电池
镍氢电池是新型的二次电池。 20世纪60年代末，发现储氢合金。储氢 合金在吸放氢的过程中伴有电化学效应、 热效应等。 1974年开始储氢合金作为二次电池负极 材料。 1987年试生产镍氢电池。 1990年，镍氢电池商业化。