新能源材料知识点整理

1.能源按形成方式不同分为一次能源和二次能源；

按循环方式不同分为可再生能源和不可再生能源；

按使用性质的不同分为含能体能源和过程能源；

按环境保护的要求分为清洁能源和非清洁能源；

按现阶段的成熟程度分为常规能源和新能源。

2.新能源：相对于常规能源而言，以采用新技术和新材料而获得，在新技术基

础上系统的开发利用的能源。

3.金属氢化物镍电池的工作原理

金属氢化物镍电池的正极活性物质采用氢氧化镍，负极活性物质为储氢合金，电解液为碱性水溶液，其基本电极反应为：

M为储氢合金，MH为储有氢的储氢合金。

电池的充放电过程可以看作是氢原子或质子从一个电极移到另一个电极的往复过程。在充电过程中，通过电解水在电极表面上生成的氢不是以气态分子氢形式逸出，而是电解水生成的原子氢直接被储氢合金吸收，并向储氢合金内部扩散，进入并占据合金的晶格间隙，形成金属氢化物。在充电后期正极有氧气产生并析出，氧透过隔膜到达负极区，与负极进行复合反应生成水。

4.新能源：太阳能、氢能、核能、生物质能、化学能源、风能、地热能、海洋

能、可燃冰。

5.储氢合金电极材料的主要特征：

（1）储氢合金的可逆储氢容量较高，平台压力适中，对氢的阳极氧化具有良好的电催化性能

（2）在氢的阳极氧化电位范围内，储氢合金具有较强的抗氧化性能

（3）在强碱性电解质溶液中，储氢合金组分的化学状态相对稳定

（4）在反复充放电循环过程中，储氢合金的抗粉化性能优良

（5）储氢合金具有良好的电和热的传导性

（6）合金的成本相对低廉

6.目前研究的储氢合金负极材料主要有AB

5型稀土镍系储氢合金、AB

2

型Laves

相合金、A

2

B型镁基储氢合金以及V基固溶体型合金等类型。

7.影响AB

5

型储氢合金电极材料性能的因素：（1）合金的化学成分与电极性能（2）合金的表面改善处理与电极性能(3)合金的组织结构与电极性能

8.锂离子电池的工作原理？

答：充电过程中，锂离子从正极材料中脱出，通过电解质扩散到负极，并嵌入负极晶格中，同时得到由外电路从正极流入的电子，放电过程则与之相反。正负极材料一般均为嵌入化合物，在这些化合物的晶体结构中存在着可供锂离子占据的空位。空位组成1维2维或3维的离子运输通道。例如LiCoO2和石墨为具有2维通道的层状结构的典型嵌入化合物，分别以这两种材料为正负极活性材料组成锂离子电池电极反应为：

9.影响高密度球形Ni（OH）

电化学性能的因素:

2

（1）化学组成的影响

（2）粒径与粒径分布的影响

（3）表面状态的影响

（4）微晶晶粒尺寸及缺陷的影响

10.锂离子电池特点：（1）工作电压高（2）能量密度高（3）能量转换效率高（4）自放电率小（5）循环寿命长（6）具有高倍率充放电性

（7）无任何记忆效应，可随时充放电（8）不含重金属及有毒物质，无环境污染，是真正的绿色能源

11.一次电池：只能进行一次放电的电池，不能进行充放电而再利用。

12.二次电池：可以进行多次充放电而可以多次使用的电池。

13.锂离子电池负极材料选择要求：

（1）锂离子在负极基体中的插入氧化还原电位尽可能低，接近金属锂的电位，从而使电池的输出电压高

（2）在基体中大量的锂能够发生可逆插入和脱插以得到高容量密度，即可逆的x值尽可能大

（3）在整个插入/脱插过程中，锂的插入脱插应可逆且主体结构没有或很少发生变化，这样可确保良好的循环性能

（4）氧化还原电位随x变化应该尽可能少，这样电池的电压不会发生很大变化，可保持平稳的充电和放电

（5）插入化合物应有较好的电子电导率和离子电导率，这样可以减少极化并能进行大电流充放电

（6）主体材料具有良好的表面结构，能够与液体电解质形成良好的SEI膜（7）插入化合物在整个电压范围内具有良好的化学稳定性，在形成SEI膜后不与电解质等发生反应

（8）锂离子在主体材料中具有较大的扩散系数，便于快速充放电

（9）主体材料应便宜，对环境无污染。

14.锂离子正极材料选择要求：

（1）锂离子在嵌入化合物中应具有较高的氧化还原电位，从而使电池的输出电压较高

（2）在嵌入化合物中大量的锂能够发生可逆嵌入和脱嵌以得到高容量

（3）在整个插入/脱插过程中，锂的插入脱插应可逆且主体结构没有或很少发生变化，这样可确保良好的循环性能

（4）氧化还原电位随x变化应该尽可能少，这样电池的电压不会发生很大变化，可保持平稳的充电和放电

（5）插入化合物应有较好的电子电导率和离子电导率，这样可以减少极化并能进行大电流充放电

（6）插入化合物在整个电压范围内具有良好的化学稳定性，在形成SEI膜后不与电解质等发生反应

（7）锂离子在电极材料中具有较大的扩散系数，便于快速充放电

（8）主体材料应便宜，对环境无污染。

15.二次锂电池电解质材料应具备的性能：

（1）锂离子电导率高

（2）电化学稳定性高，在较宽的电位范围内保持稳定

（3）与电极的兼容性好，在负极上能有效的形成稳定的SEI膜，在正极上在高电位条件下有足够的抗氧化分解能力

（4）与电极接触良好，对于液体电解质而言，应能充分浸润电极

（5）低温性能良好，在较低的温度范围内能保持较高的电导率和较低的粘度，以便在充放电过程中保持良好的电极表面浸润性

（6）宽的液态范围

（7）热稳定性好，在较宽的温度范围内不发生热分解

（8）蒸汽压低，在使用温度范围内不发生挥发现象

（9）化学稳定性好，在电池长期循环和储备过程中，自身不发生化学反应，也不与正极、负极、集流体、黏结剂、导电剂、隔膜、包装材料、密封剂等材料发生化学反应

（10）无毒，无污染，使用安全，最好能生物降解

（11）制备容易，成本低。

16.电解质材料的分类：（1）非水有机液体电解质（2）聚合物电解质（3）无机

固体电解质

17.燃料电池：是一种在等温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效而又

环境友好的转化为电能的发电装置

18.质子交换膜型燃料电池的原理和特点

原理：质子交换膜型燃料电池（PEMFC）以全氟磺酸型固体聚合物为电解质，以Pt/C或Pt-Ru/C为电催化剂，以氢或净化重整气为燃料，以空气或纯氧为氧化剂，并以带有气体流动通道的石墨或表面改性金属板为双极板。

PEMFC中的电极反应雷同于其他酸性电解质燃料电池。阳极催化层中的氢气在催

化剂作用下发生电极反应。

产生的电子经外电路到达阴极，氢离子经电解质膜到达阴极。氧气下氢离子及电子在阴极发生反应生成水。

生成的水不稀释电解质，而是通过电极随反应尾气排

出。

构成PEMFC电池的关键材料与部件为电催化剂、电极、质子交换膜、双极板材料及其流场设计。

特点：PEMFC除具有燃料电池一般特点（如能量转化效率高、环境友好等）外，还具有可在室温下快速启动、无电解液流失、水易排出、寿命长、比功率与能量高等突出特点。

19.（93 页）熔融碳酸盐燃料电池的工作原理。