新能源材料课件1~3章
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《新能源材料技术》课件教案PPT 3 太阳能电池材料
的面积 • 光电转化效率低致使发电成本较传统方式偏高
1.7 太阳能电池的展望
1.III-V族化合物及铜铟硒等系由稀有元素所制 备，但从材料来源看，这类太阳能电池将来不可 能占据主导地位。
2.从转换效率和材料的来源角度讲，多晶硅和 非晶硅薄膜电池将最终取代单晶硅电池，成为市 场的主导产品。
3.今后研究的重点除继续开发新的电池材料外 应集中在如何降低成本上来，近来国外曾采用某 些技术制得硅条带作为多晶硅薄膜太阳能电池的 基片，以达到降低成本的目的，效果还是比较理 想的。
锭上锯割而成。目前制备多晶硅薄膜电池多采用化学 气相沉积法，包括低压化学气相沉积（LPCVD）和等 离子增强化学气相沉积（PECVD）工艺。此外，液相 外延法（LPPE）和溅射沉积法也可用来制备多晶硅薄 膜电池。研究发现，在非硅衬底上很难形成较大的晶
1.8 太阳光-热转换及材料
材料科学与工程是技术创新的基础。太阳光热转换材料与工程，如用于太阳集热器的选择性 吸收涂层（表面），用于建筑幕墙玻璃和交通工 具的选择性透、反射薄膜材料和电致变色薄膜材 料与器件，用于集热器的具有太阳光谱高透射比 的硼硅玻璃，聚碳酸酯制成的蜂窝结构，以及贮 能材料等，推动了太阳光—热转换技术和应用的 发展。
太阳能的应用
太阳能电池应用
1.4 太阳能电池的分类
1、硅系太阳能电池（单晶硅太阳能电池； 多晶硅薄膜太阳能电池；非晶硅薄膜 太阳能电池）
2、多元化合物薄膜太阳能电池（砷化镓 III-V化合物；硫化镉；铜铟硒）
3、聚合物多层修饰电极型电池 4、纳米晶化学太阳能电池
1.5 各类太阳能电池的制造方法及研究状况
太阳能电池材料
太阳能电池简介 太阳能电池组件材料 太阳能电池材料 新制备技术探索 新技术探索
1.7 太阳能电池的展望
1.III-V族化合物及铜铟硒等系由稀有元素所制 备，但从材料来源看，这类太阳能电池将来不可 能占据主导地位。
2.从转换效率和材料的来源角度讲，多晶硅和 非晶硅薄膜电池将最终取代单晶硅电池，成为市 场的主导产品。
3.今后研究的重点除继续开发新的电池材料外 应集中在如何降低成本上来，近来国外曾采用某 些技术制得硅条带作为多晶硅薄膜太阳能电池的 基片，以达到降低成本的目的，效果还是比较理 想的。
锭上锯割而成。目前制备多晶硅薄膜电池多采用化学 气相沉积法，包括低压化学气相沉积（LPCVD）和等 离子增强化学气相沉积（PECVD）工艺。此外，液相 外延法（LPPE）和溅射沉积法也可用来制备多晶硅薄 膜电池。研究发现，在非硅衬底上很难形成较大的晶
1.8 太阳光-热转换及材料
材料科学与工程是技术创新的基础。太阳光热转换材料与工程，如用于太阳集热器的选择性 吸收涂层（表面），用于建筑幕墙玻璃和交通工 具的选择性透、反射薄膜材料和电致变色薄膜材 料与器件，用于集热器的具有太阳光谱高透射比 的硼硅玻璃，聚碳酸酯制成的蜂窝结构，以及贮 能材料等，推动了太阳光—热转换技术和应用的 发展。
太阳能的应用
太阳能电池应用
1.4 太阳能电池的分类
1、硅系太阳能电池（单晶硅太阳能电池； 多晶硅薄膜太阳能电池；非晶硅薄膜 太阳能电池）
2、多元化合物薄膜太阳能电池（砷化镓 III-V化合物；硫化镉；铜铟硒）
3、聚合物多层修饰电极型电池 4、纳米晶化学太阳能电池
1.5 各类太阳能电池的制造方法及研究状况
太阳能电池材料
太阳能电池简介 太阳能电池组件材料 太阳能电池材料 新制备技术探索 新技术探索
第一讲新能源材料
石油和天然气
石油的主要组成元素为 C H O 83~87% 10~14% 0.05~25%
N 0.02~0.25%
S 0.05~8
和煤相比（1）石油含氢量高，含氧量低。 （2）石油中的碳氢化合物以直链烃为主。 煤中的碳氢化合物以芳烃为主。 各种石油产品：
能源应用现状
(1) 人类社会对能源的需求不断增加。
• 能源利用效率低，清洁能源和新能源利用率不高。
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• 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% 。
• 然后从分析各种新能源（热能、氢能、太 阳能、二次能源、燃料电池等）的特点出 发，学习各种新材料在能源转换中的应用， 存在的问题，相关的研究及材料基础理论 在其中的应用和发展，有关的能源政策。
• • • • • • • • • • • •
第1讲 能源导论 第2讲 我国材料发展战略和新能源材料产业简介 第3讲 储氢材料与氢能 第4讲 镍氢电池材料 第5讲 锂离子电池材料 第6讲 光伏产业介绍 第7讲 太阳能材料 第8讲 半导体照明及半导体照明材料 第9讲 燃料电池材料 第10讲 风能材料 第11讲 核能材料 课堂发表，课程论文选题，提交课程论文
污 染 现 状
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
新能源技术(课件)(共23张PPT)
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New Energy Technology
地热能的利用方式
地热能的利用方式有多种形式。 常见的利用方式包括地热发电 和地热供暖。地热发电利用地 下的高温热水或蒸汽来驱动涡 轮发电机产生电能。地热供暖 则是利用地下的热能能源相比，地热能具有许多优点。首先，地 热能是一种清洁能源，不会产生二氧化碳等温室气 体和污染物。其次，地热能是一种稳定可靠的能源， 不受天气条件和季节影响。此外，地热能的利用寿 命长，可以持续供应能源。 地热能的缺点： 缺点在于地热能的开发利用存在一些挑战。地热资 源不是分布均匀的，只有地热资源较为丰富的地区 才能进行有效开发利用。此外，地热开发的成本较 高，需要进行勘探、钻探和设备安装等工作。
太阳能的应用途径
3. 海洋吸收
海洋吸收太阳能，转化为 海洋的内能。提供了波浪、 海流和温差。
太阳能的应用途径
4. 人类直接利用
人类直接利用太阳能包括 光热转换和光电转换，比 如太阳能热水器和太阳能 电池。
太阳能利用的优缺点
太阳能的优点：
能量来源充足，取之不尽用之不竭； 清洁无污染；能量获取方便；应时间 长久；分布广阔、获取方便；安全、 清洁、无污染。
核能利用的优缺点
核能的优点：
核能的优点在于能量密度高；不 释放有毒气体；铀储量丰富；成 本低等。
核能的缺点：
缺点在于核电厂容易产生放射性 物质，对设备要求高；目前能量 利用率较低。
三、地热能
在地球内部很深处存在着放射性元素， 它们不断进行着热核反应，具有非常高 的温度，估计地球中心温度游6000℃， 这样巨大的热能，通过大地的热传导、 火山喷发、地震、深层水循环、温泉等 途径不断地向地表散发，这样就产生了 地热能。 人类可在医疗、发电、供暖、制冷、烘 干、养殖和、农业温室等上利用它。
新能源基础知识介绍课件PPT
NEW ENERGY
基础
能源 介绍
01
PART
新能源概述
02
PART
新能源技术原理
03
PART
新能源技术发展现状
04
PART
05
PART
新能源技术发展趋势与展望 新能源政策与法规
PART 01.
新能源概述。
新能源是指除化石能源之外的可持续能源形式。 等。
具有环保、可再生、节能等优点。 逐渐成为全球能源结构的重要组成部分。
各地政府也纷纷 出台相关政策，促进新能源 产业在本地区的发展。
国家政策支持：
法规制定：
地方政策：
国际合作：
国家制定了一系 列法规，规范新能源产业的 发展，保障其健康有序进行。
中国积极参与 国际新能源合作，推动全 球新能源产业的发展。
新能源政策法规体系。
国家政策：支持新能源发展，提高可再生能源比重。 法规制定：完善新能源法律法规，规范市场秩序。 补贴政策：对新能源项目给予财政补贴，降低成本。 配额制度：要求电力公司必须生产一定比例的新能源电力。
风能技术发展现状。
全球风电装机容 量持续增长，中 国成为全球最大 的风电市场。
风能技术不断创 新，大型化、智 能化、海上风电 成为发展趋势。
政策支持力度加 大，风电并网和 消纳问题得到一 定程度的解决。
风能产业链不断 完善，成本持续 下降，竞争力不 断提升。
水能技术发展现状。
全球水电装机容量持续增长，截至2020年底，全球水电装机容量达到1000GW以上。 中国水能资源丰富，技术可开发装机容量约6.7亿千瓦，年发电量约3万亿千瓦时。 抽水蓄能电站建设加速，截至2020年底，全球抽水蓄能装机容量达到150GW以上。 潮汐能、波浪能等海洋能技术逐步成熟，但商业化应用仍需进一步探索。
基础
能源 介绍
01
PART
新能源概述
02
PART
新能源技术原理
03
PART
新能源技术发展现状
04
PART
05
PART
新能源技术发展趋势与展望 新能源政策与法规
PART 01.
新能源概述。
新能源是指除化石能源之外的可持续能源形式。 等。
具有环保、可再生、节能等优点。 逐渐成为全球能源结构的重要组成部分。
各地政府也纷纷 出台相关政策，促进新能源 产业在本地区的发展。
国家政策支持：
法规制定：
地方政策：
国际合作：
国家制定了一系 列法规，规范新能源产业的 发展，保障其健康有序进行。
中国积极参与 国际新能源合作，推动全 球新能源产业的发展。
新能源政策法规体系。
国家政策：支持新能源发展，提高可再生能源比重。 法规制定：完善新能源法律法规，规范市场秩序。 补贴政策：对新能源项目给予财政补贴，降低成本。 配额制度：要求电力公司必须生产一定比例的新能源电力。
风能技术发展现状。
全球风电装机容 量持续增长，中 国成为全球最大 的风电市场。
风能技术不断创 新，大型化、智 能化、海上风电 成为发展趋势。
政策支持力度加 大，风电并网和 消纳问题得到一 定程度的解决。
风能产业链不断 完善，成本持续 下降，竞争力不 断提升。
水能技术发展现状。
全球水电装机容量持续增长，截至2020年底，全球水电装机容量达到1000GW以上。 中国水能资源丰富，技术可开发装机容量约6.7亿千瓦，年发电量约3万亿千瓦时。 抽水蓄能电站建设加速，截至2020年底，全球抽水蓄能装机容量达到150GW以上。 潮汐能、波浪能等海洋能技术逐步成熟，但商业化应用仍需进一步探索。
新能源材料 第三章 燃料电池
严格地讲，燃料电池是电化学能量发
生器，是以化学反应发电；一次电池是电
化学能量生产装置，可一次性将化学能转
变成电能；二次电池是电化学能量的储存
装置，可将化学反应能与电能可逆转换。
3.1.4 燃料电池的工作原理
虽然燃料电池的种类很多并 且不同类型的燃料电池的电极反应 各有不同，但都是由阴极﹑阳极﹑ 电解质这几个基本单元构成，其工 作原理是一致的。
用可再生能源的 闭合循环发电系 统
再生燃料电池(RFC)
直接碳燃料电池(DCFC)
几种特殊类型的燃料电池
直接甲醇燃料电池(DMFC) 特 殊 燃 料 电 池
唯一使用固 再生燃料电池(RFC) 体燃料的燃 料电池 直接碳燃料电池(DCFC)
3.1.6 燃料电池的特性
高效率 优点 可靠性高 良好的环境效应
天然气， 轻质油， 燃 料 甲醇等重 整气 发电效率 45～50 40～45 对CO2 不 启动快； 室温常 敏感；成 优点 压下工 本相对较 作 低
电解 纯氢
表5-2
种类 AFC
五种燃料电池特点
PAFC MCFC SOFC PEMFC 电汽车，潜 艇，可移动 动力源 对CO非常 敏感； 反应物需要 加湿
3.1.6 燃料电池的特性
市场价格昂贵
优点
特 性
高温时寿命及 稳定性不理想 燃料电池技 术不够普及 没有完善的燃 料供应体系
存在 问题
3.1.7 燃料电池的应用
燃料电池可以作为宇宙飞船，人造卫星，宇 宙空间站等航天系统的能源，也可以用于并网发 电的高效电站；它可以作为大型厂矿的独立供电 系统，也可作为城市工业区，繁华商业区，高层 建筑物，边远地区和孤立海岛的小型供电站，此 外，它还能用于大型通信设备和家庭的备用电源 以及交通工具的牵引动力等。
新能源材料优秀课件
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电池反应 Ni(OH） 2+M充 放 电 电 NiOOH+M H
正极
N i(O H ） 2+O H -充 放 电 电 N iO O H +H 2O +e
负极
M+H2O+e充 放电 电MH+OH-
商品Ni/MH电池的形状有圆柱形、方形和扣式等多种类型； 按电池的正极制造工艺分类，则有烧结式和泡沫镍式（含 纤维镍式）两大类型。
Li++e+C6
充电 放电LiC6
电池反应Biblioteka 充 电 LiCO2+C6放 电CoO2+LiC6
商用锂离子电池按形状分类有圆柱形、方形和 扣式。按正极材料分类，有氧化钴锂型、氧化 镍锂型和氧化锰锂型。
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❖ 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。
❖ 金属氢化物镍电池材料
（1）正极材料的改善，如改进球形Ni/(OH)2 （2）AB5型储氢合金的改进 （3）新型高容量储氢电极合金的研究与开发，如Ni/MH合
金、Mg-Ni系合金
❖ 锂离子二次电池材料
（1）碳负极材料 （2）纳米合金材料，如纳米Sn、SnSb、SnAg等 （3）正极材料，如LiCoO2 （4）电解质材料
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第2章 金属氢化物镍电池材料
❖ 高密度球形Ni(OH)2正极材料 ❖ 储氢合金材料 ❖ AB2型Laves相储氢电极合金 ❖ 其他新型高容量储氢电极合金、 ❖ Ni/MH电池材料的再生利用
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2.1高密度球形Ni(OH)2正极材料 2.1.1 球形Ni(OH)2的基本性质与制备方法
电池反应 Ni(OH） 2+M充 放 电 电 NiOOH+M H
正极
N i(O H ） 2+O H -充 放 电 电 N iO O H +H 2O +e
负极
M+H2O+e充 放电 电MH+OH-
商品Ni/MH电池的形状有圆柱形、方形和扣式等多种类型； 按电池的正极制造工艺分类，则有烧结式和泡沫镍式（含 纤维镍式）两大类型。
Li++e+C6
充电 放电LiC6
电池反应Biblioteka 充 电 LiCO2+C6放 电CoO2+LiC6
商用锂离子电池按形状分类有圆柱形、方形和 扣式。按正极材料分类，有氧化钴锂型、氧化 镍锂型和氧化锰锂型。
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❖ 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。
❖ 金属氢化物镍电池材料
（1）正极材料的改善，如改进球形Ni/(OH)2 （2）AB5型储氢合金的改进 （3）新型高容量储氢电极合金的研究与开发，如Ni/MH合
金、Mg-Ni系合金
❖ 锂离子二次电池材料
（1）碳负极材料 （2）纳米合金材料，如纳米Sn、SnSb、SnAg等 （3）正极材料，如LiCoO2 （4）电解质材料
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第2章 金属氢化物镍电池材料
❖ 高密度球形Ni(OH)2正极材料 ❖ 储氢合金材料 ❖ AB2型Laves相储氢电极合金 ❖ 其他新型高容量储氢电极合金、 ❖ Ni/MH电池材料的再生利用
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2.1高密度球形Ni(OH)2正极材料 2.1.1 球形Ni(OH)2的基本性质与制备方法
《新型能源材料》PPT课件
人造卫星上的太阳能电池西班牙塞维利亚太阳能发电站欧洲最大的太阳能电站可供18万户使用每年减排60万吨co槽式太阳能蝶式太阳能通过光电转化将太阳辐射能转化为电能加以利用是太阳能利用中最活跃的研究领域
新能源材料
New Energy Materials
熊小庆 纺织与材料工程学院
1
主要分类
➢ 太阳能电池材料 ➢ 锂离子电池材料 ➢ 裂变反应堆材料
• 太阳电池的工作原理是光伏效应：太阳光照在半导体 p-n结上，形成空穴-电子对，在p-n结内建电场的作 用下，光生空穴流向p区，光生电子流向n区，接通电 路后就产生电流。这就是光电效应太阳能电池的工作 原理。
太阳能电池
光伏效应示意图
17
• 全球最大规模的光伏太阳能发电 项目—鄂尔多斯市政府与美国 first solar公司共建2000兆瓦 太阳能光伏发电厂。
U
＋
01n
235 92
U＋
01n
发生链反应 爆炸
13572T＋e
97 40
Z＋r
2
01n
142 56
B＋a
3961＋Kr 3
1 0
n
足以维持链反应正常进行的裂变材料质量叫临
界质量(critical mass)。 铀-235 的临界质量约为 1
kg，质量超过1 kg 则发生爆炸。
任何有核反应 堆的国家都不难得 到爆炸级的裂变材 料，原子弹的基本 设计又如此简单， 从而为防止核武器 扩散带来了困难。
➢ 进一步使用有核的或表面凹凸不平的纳米粒子，大幅提高 薄膜的比表面积。
Chen X, Jia B, Saha J K, et al. Broadband enhancement in thin-film
新能源材料
New Energy Materials
熊小庆 纺织与材料工程学院
1
主要分类
➢ 太阳能电池材料 ➢ 锂离子电池材料 ➢ 裂变反应堆材料
• 太阳电池的工作原理是光伏效应：太阳光照在半导体 p-n结上，形成空穴-电子对，在p-n结内建电场的作 用下，光生空穴流向p区，光生电子流向n区，接通电 路后就产生电流。这就是光电效应太阳能电池的工作 原理。
太阳能电池
光伏效应示意图
17
• 全球最大规模的光伏太阳能发电 项目—鄂尔多斯市政府与美国 first solar公司共建2000兆瓦 太阳能光伏发电厂。
U
＋
01n
235 92
U＋
01n
发生链反应 爆炸
13572T＋e
97 40
Z＋r
2
01n
142 56
B＋a
3961＋Kr 3
1 0
n
足以维持链反应正常进行的裂变材料质量叫临
界质量(critical mass)。 铀-235 的临界质量约为 1
kg，质量超过1 kg 则发生爆炸。
任何有核反应 堆的国家都不难得 到爆炸级的裂变材 料，原子弹的基本 设计又如此简单， 从而为防止核武器 扩散带来了困难。
➢ 进一步使用有核的或表面凹凸不平的纳米粒子，大幅提高 薄膜的比表面积。
Chen X, Jia B, Saha J K, et al. Broadband enhancement in thin-film
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第2章 金属氢化物镍电池材料
❖ 高密度球形Ni(OH)2正极材料 ❖ 储氢合金材料 ❖ AB2型Laves相储氢电极合金 ❖ 其他新型高容量储氢电极合金、 ❖ Ni/MH电池材料的再生利用
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2.1高密度球形Ni(OH)2正极材料 2.1.1 球形Ni(OH)2的基本性质与制备方法
Ni(OH)2是涂覆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+；放电时NiOOH逆变成Ni(OH)2， Ni3+还原成 Ni2+。电极的充放电反应式为：
➢太阳能、生物质能、核能（新型反应堆）、风能、地热、 海洋能等一次能源和二次能源中的氢能。 ➢太阳能利用技术、氢能利用技术、核电技术、化学电能技 术、生物质能应用技术、风能、海洋能与地热应用技术、 潮流能利用技术、地热能技术。 ➢新型二次电池材料、燃料电池材料、太阳电池材料及核能 材料。
3
新能源材料的主要进展
N i(O H ） 2+O H -充 放 电 电 N iO O H +H 2O +e
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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。 Ni(OH)2存在α、β两种晶型， NiOOH存在β、γ两种晶型。 目前生产Ni/MH电池使用的Ni(OH)2均为β型。 在充放电过程中，各种晶型的转变关系如下图：
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。
❖ 核能材料
（1）包壳材料； （2）核燃料； （3）聚变堆的第一壁材料； （4）核废料的处理。
6
第一篇 新型二次电池概述
❖ 新型二次电池概述 ❖ 金属氢化物镍电池材料 ❖ 锂离子电池材料
4
❖ 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。
5
LOGO
新能源材料
.
1
第一ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 概述
人类社会对能源的需求与面临的挑战
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。
2
新能源、新能源技术与新能源材料
7
第1章 新型二次电池材料
1 二次电池 2 Ni/MH二次电池 3 锂离子二次电池
8
二次电池
❖ 放电时通过化学反应可以产生电能，通以反向电流（充 电）时则可使体系回复到原来状态，即将电能以化学形 式重新储存起来。这种电池称为二次电池或蓄电池。
❖ 分类：铅酸电池、镉镍电池、锌镍电池、金属氢化物镍 电池、锂高温电池及锂离子电池等（绿色电池）。
19
❖ 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。
2.1.2影响高密度球形Ni(OH)2电化学性能的因素
主要因素有化学组成、粒径大小及粒径分布、密度、 晶型、表面形态和组织结构等。
20
化学组成的影响
（1）钴的影响 在Ni(OH)2中添加Co可提高Ni(OH)2的利用率、 增加电化学过程中Ni2+/Ni3+间反应的可逆性及改善传 质和导电性能。此外掺钴还能提高析氧电位，降低电池 内压，提高Ni(OH)2的利用率。掺加量在2%以下较 合适，过高会增加电池的自放电率，影响其他电学性能
❖ 金属氢化物镍电池材料
（1）正极材料的改善，如改进球形Ni/(OH)2 （2）AB5型储氢合金的改进 （3）新型高容量储氢电极合金的研究与开发，如Ni/MH合
金、Mg-Ni系合金
❖ 锂离子二次电池材料
（1）碳负极材料 （2）纳米合金材料，如纳米Sn、SnSb、SnAg等 （3）正极材料，如LiCoO2 （4）电解质材料
。 （2）锌的影响 掺锌提高析氧电位、细化微晶晶粒、抑制过充时γNiOOH的产生并可减少电极体积膨胀
21
（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。
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电池反应 Ni(OH） 2+M充 放 电 电 NiOOH+M H
正极
N i(O H ） 2+O H -充 放 电 电 N iO O H +H 2O +e
负极
充电 M+H2O+e放电MH+OH-
商品Ni/MH电池的形状有圆柱形、方形和扣式等多种类型； 按电池的正极制造工艺分类，则有烧结式和泡沫镍式（含 纤维镍式）两大类型。
Li++e+C6
充电 放电LiC6
电池反应
充 电 LiCO2+C6放 电CoO2+LiC6
商用锂离子电池按形状分类有圆柱形、方形和 扣式。按正极材料分类，有氧化钴锂型、氧化 镍锂型和氧化锰锂型。
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❖ 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。
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12
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。
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锂离子二次电池
❖ 工作原理
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正极反应 负极反应
LiCO2充 放电 电CoO2+Li++e
❖ 研究热点：储氢材料及金属氢化物镍电池；锂离子嵌入 材料及液态电解质锂离子电池；聚合物电解质锂蓄电池 或锂离子电池等。
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Ni/MH二次电池
优点：① 能量密度高，同尺寸电池，容量是Ni/Cd电池的 1.5~2倍； ② 无镉污染，又称绿色电池；③ 可大电流快速 充电； ④ 工作电压为1.2V，与Ni/Cd电池有互换性。 原理：
第2章 金属氢化物镍电池材料
❖ 高密度球形Ni(OH)2正极材料 ❖ 储氢合金材料 ❖ AB2型Laves相储氢电极合金 ❖ 其他新型高容量储氢电极合金、 ❖ Ni/MH电池材料的再生利用
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2.1高密度球形Ni(OH)2正极材料 2.1.1 球形Ni(OH)2的基本性质与制备方法
Ni(OH)2是涂覆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+；放电时NiOOH逆变成Ni(OH)2， Ni3+还原成 Ni2+。电极的充放电反应式为：
➢太阳能、生物质能、核能（新型反应堆）、风能、地热、 海洋能等一次能源和二次能源中的氢能。 ➢太阳能利用技术、氢能利用技术、核电技术、化学电能技 术、生物质能应用技术、风能、海洋能与地热应用技术、 潮流能利用技术、地热能技术。 ➢新型二次电池材料、燃料电池材料、太阳电池材料及核能 材料。
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新能源材料的主要进展
N i(O H ） 2+O H -充 放 电 电 N iO O H +H 2O +e
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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。 Ni(OH)2存在α、β两种晶型， NiOOH存在β、γ两种晶型。 目前生产Ni/MH电池使用的Ni(OH)2均为β型。 在充放电过程中，各种晶型的转变关系如下图：
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。
❖ 核能材料
（1）包壳材料； （2）核燃料； （3）聚变堆的第一壁材料； （4）核废料的处理。
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第一篇 新型二次电池概述
❖ 新型二次电池概述 ❖ 金属氢化物镍电池材料 ❖ 锂离子电池材料
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❖ 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。
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新能源材料
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第一ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 概述
人类社会对能源的需求与面临的挑战
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。
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新能源、新能源技术与新能源材料
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第1章 新型二次电池材料
1 二次电池 2 Ni/MH二次电池 3 锂离子二次电池
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二次电池
❖ 放电时通过化学反应可以产生电能，通以反向电流（充 电）时则可使体系回复到原来状态，即将电能以化学形 式重新储存起来。这种电池称为二次电池或蓄电池。
❖ 分类：铅酸电池、镉镍电池、锌镍电池、金属氢化物镍 电池、锂高温电池及锂离子电池等（绿色电池）。
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❖ 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。
2.1.2影响高密度球形Ni(OH)2电化学性能的因素
主要因素有化学组成、粒径大小及粒径分布、密度、 晶型、表面形态和组织结构等。
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化学组成的影响
（1）钴的影响 在Ni(OH)2中添加Co可提高Ni(OH)2的利用率、 增加电化学过程中Ni2+/Ni3+间反应的可逆性及改善传 质和导电性能。此外掺钴还能提高析氧电位，降低电池 内压，提高Ni(OH)2的利用率。掺加量在2%以下较 合适，过高会增加电池的自放电率，影响其他电学性能
❖ 金属氢化物镍电池材料
（1）正极材料的改善，如改进球形Ni/(OH)2 （2）AB5型储氢合金的改进 （3）新型高容量储氢电极合金的研究与开发，如Ni/MH合
金、Mg-Ni系合金
❖ 锂离子二次电池材料
（1）碳负极材料 （2）纳米合金材料，如纳米Sn、SnSb、SnAg等 （3）正极材料，如LiCoO2 （4）电解质材料
。 （2）锌的影响 掺锌提高析氧电位、细化微晶晶粒、抑制过充时γNiOOH的产生并可减少电极体积膨胀
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（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。
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电池反应 Ni(OH） 2+M充 放 电 电 NiOOH+M H
正极
N i(O H ） 2+O H -充 放 电 电 N iO O H +H 2O +e
负极
充电 M+H2O+e放电MH+OH-
商品Ni/MH电池的形状有圆柱形、方形和扣式等多种类型； 按电池的正极制造工艺分类，则有烧结式和泡沫镍式（含 纤维镍式）两大类型。
Li++e+C6
充电 放电LiC6
电池反应
充 电 LiCO2+C6放 电CoO2+LiC6
商用锂离子电池按形状分类有圆柱形、方形和 扣式。按正极材料分类，有氧化钴锂型、氧化 镍锂型和氧化锰锂型。
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❖ 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。
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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。
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锂离子二次电池
❖ 工作原理
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正极反应 负极反应
LiCO2充 放电 电CoO2+Li++e
❖ 研究热点：储氢材料及金属氢化物镍电池；锂离子嵌入 材料及液态电解质锂离子电池；聚合物电解质锂蓄电池 或锂离子电池等。
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Ni/MH二次电池
优点：① 能量密度高，同尺寸电池，容量是Ni/Cd电池的 1.5~2倍； ② 无镉污染，又称绿色电池；③ 可大电流快速 充电； ④ 工作电压为1.2V，与Ni/Cd电池有互换性。 原理：