无极非金属材料用作新能源材料的研究进展
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– Li4Ti5O12是一种具有尖晶石结构的可嵌锂电极材料。 Li4Ti5O12具有放电平稳，电压指示明显，首次充放电过程中 不形成SEI膜，不易产生枝晶，与电解液相容性好以及锂离 子扩散系数大等特点。但Li4Ti5O12仍存在着导电性较差，容 量不高以及平台电压较高等问题。
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镍氢动力电池关键材料
– 有机材料具有柔性好、制作容易、材料来源广泛和 成本低等优势，可大规模利用太阳能，提供廉价电 能，这是目前太阳能电池研究领域的一个热点。
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太阳能电池
随着新材料的不断开发和相关技术的发展，以 纳米晶一代太阳染料敏化太阳能电池为代表的 新能电池也愈来愈显示出诱人的前景。
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锂离子电池关键材料
– 近年来正在开发更高比容量的新型负极材料，如锡 基材料和硅及硅化合物等，此外具有优良充放电性 能的Li4Ti5O12也是目前新型负极材料研究热点之一。
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锂离子电池关键材料
锂离子电池负极材料
– 锡氧化物具有较高的首次容量(1200mAh/g)，但在首次充 放电过程中易生成氧化锂，产生较大的首次不可逆容量，此 外在充放电循环过程中材料的体积变化大，易造成材料的结 构破坏，导致材料循环性能下降。
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锂离子电池关键材料
锂离子电池正极材料
– LiCoO2一直是锂离子电池的主导正极材料。 LiCoO2可以快 速充放电，材料具有较好的结构稳定性和循环性能。但热稳 定性较差。
– 尖而晶且石价结格构低廉LiM，n特2O别4适正用极于材动料力具电有池比。LiC但o尖O晶2更石好L的iM安n2全O性4在， 3V附近过渡嵌锂时，易发生Janh-Teller效应，由尖晶石结 构向四方结构转变，电化学性能急剧下降。
无机非金属材料用作新能源材料的 研究进展
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研究新能源材料的意义
化石燃料的使用造成严重的环境污染和过量温 室气体的排放。
能源安全和环境保护已经成为十分紧迫的现实 问题，解决途径主要有：
– 大力开发可再生能源，特别是风能、太阳能、生物 质能，使可再生能源在能源构成中占据主要地位。
– 研究和开发储能材料和储能器件。 – 开发其他新能源材料。
– LiFePO4也是一种新型高安全性、低成本的正极材料，有较 好的脱嵌可逆性、循环稳定性和安全性，有望成为动力电池 首选的正极材料。但是，制备工艺较为复杂，生产成本比 LiCoO2和LiMn2O4高。
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锂离子电池关键材料
锂离子电池负极材料
– 目前锂离子电池用负极材料以碳质材料为主，包括 中间性炭微球和改性天然石墨等，实际比容量达到 350mAh/g左右。
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镍氢动力电池关键材料
AB3型储氢合金电极材料
– PuNi3型斜六面体结构和CeNi3型六面体结构。 – 研究较多的主要是具有PuNi3型结构的多元含有金
属镁的合金，如LaCaMgNi9和(LaMg)(NiCo)3合 金。此类储氢合金的每克电化学容量在360400mA·h，可以大幅度提高负极材料的电化学容 量。
太阳能电池
纳米晶染料敏化太阳能电池（新一代太阳能 电池）
– 由纳米晶宽带半导体多孔薄膜、染料分子和电解质 以及对电级组成三明治结构。
– 成本低、工艺简单、性能稳定
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太阳能电池
聚合物太阳能电池
– 在导电材料表面复合多层性能不同的高分子材料， 制成类似无机pn结的单向导电装置，利用聚合物 吸收光能，并将其转化为电能。
锂离子电池正极材料
– 锂离子电池的正极材料比容量目前仅130mAh/g 左右，远低于负极材料350mAh/g的比容量，成 为锂离子电池容量的限制因素，因此改善正极材料 性能是提高锂离子电池性能的关键因素之一。
– 锂离子电池正极材料主要分为三种：具有层状结构 的LiMO2(M=Co, Ni, NiCo, NiCoMn),尖晶石结 构的LiMn2O4，橄榄石结构的 LiMPO4(M=Fe,Mn,Co)。
– 硫化镉、碲化镉：转换效率高，成本低，但镉会造成环境污 染
– 铜铟硒CuInSe2(CISLeabharlann Baidu光电转换效率高达19.5%（面积 0.4cm2），具有价格低廉、性能良好和工艺简单等优点，但 铟和硒都是稀有元素 ，所以这类电池的发展会受到限制。
– 砷化镓Ⅲ-Ⅴ族化合物转换效率高，是很理想的电池材料。
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太阳能电池
硅系列太阳能电池
– 单晶硅：转换效率最高，但成本也高 – 多晶硅薄膜太阳能电池：转换效率20%，成本低，
效率高，性能稳定 – 非晶硅薄膜太阳能电池：较高的转换效率，较低的
成本，稳定性不高
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太阳能电池
多元化合物薄膜太阳能电池
– 主要包括砷化镓Ⅲ-Ⅴ族化合物、硫化镉、碲化镉及铜铟硒薄 膜电池等。
镍氢电池正极材料是Ni(OH)2，当前主要是根 据需要对其进行改性处理。
镍氢电池负极材料目前主要是LaNi5系， Laves相储氢合金主要分MgCu（立方型，C15 型）、MgZn2（六方，C14型）、MgNi2（六 方，C36型）结构。通式AB2Laves相储氢合金 主要有锆基和钛基两大类。与稀土镍系储氢合 金相比，Laves相储氢合金储氢容量高，曾被 看做第二代储氢合金电极材料。
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镍氢动力电池关键材料
镁基储氢合金电极材料
– 镁的资源丰富、价格低廉，作为电极材料应用具有 潜在优势。
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固体氧化物燃料电池
传统的固体氧化物燃料电池(SOFC)通常在800～ 1000℃的高温条件下工作，由此带来材料选择 困难、制造成本高等问题。
如果将SOFC的工作温度降至600～800℃，便可
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镍氢动力电池关键材料
钛系AB型储氢电极合金材料
– Ti2Ni相、TiNi相，但其理论化学储氢容量偏低。 – V-Ti基固溶体合金，其特点是室温下储氢量大。 – Ti22V66Ni12合金室温储氢容量高，但由于低平台电
压贡献的储氢容量难以在实际放电中实现电化学脱 氢，合金的每克电化学放电容量仅为420mA·h。
采用廉价的不锈钢作为电池堆的连接材料，降低
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镍氢动力电池关键材料
– 有机材料具有柔性好、制作容易、材料来源广泛和 成本低等优势，可大规模利用太阳能，提供廉价电 能，这是目前太阳能电池研究领域的一个热点。
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太阳能电池
随着新材料的不断开发和相关技术的发展，以 纳米晶一代太阳染料敏化太阳能电池为代表的 新能电池也愈来愈显示出诱人的前景。
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锂离子电池关键材料
– 近年来正在开发更高比容量的新型负极材料，如锡 基材料和硅及硅化合物等，此外具有优良充放电性 能的Li4Ti5O12也是目前新型负极材料研究热点之一。
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锂离子电池关键材料
锂离子电池负极材料
– 锡氧化物具有较高的首次容量(1200mAh/g)，但在首次充 放电过程中易生成氧化锂，产生较大的首次不可逆容量，此 外在充放电循环过程中材料的体积变化大，易造成材料的结 构破坏，导致材料循环性能下降。
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锂离子电池关键材料
锂离子电池正极材料
– LiCoO2一直是锂离子电池的主导正极材料。 LiCoO2可以快 速充放电，材料具有较好的结构稳定性和循环性能。但热稳 定性较差。
– 尖而晶且石价结格构低廉LiM，n特2O别4适正用极于材动料力具电有池比。LiC但o尖O晶2更石好L的iM安n2全O性4在， 3V附近过渡嵌锂时，易发生Janh-Teller效应，由尖晶石结 构向四方结构转变，电化学性能急剧下降。
无机非金属材料用作新能源材料的 研究进展
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研究新能源材料的意义
化石燃料的使用造成严重的环境污染和过量温 室气体的排放。
能源安全和环境保护已经成为十分紧迫的现实 问题，解决途径主要有：
– 大力开发可再生能源，特别是风能、太阳能、生物 质能，使可再生能源在能源构成中占据主要地位。
– 研究和开发储能材料和储能器件。 – 开发其他新能源材料。
– LiFePO4也是一种新型高安全性、低成本的正极材料，有较 好的脱嵌可逆性、循环稳定性和安全性，有望成为动力电池 首选的正极材料。但是，制备工艺较为复杂，生产成本比 LiCoO2和LiMn2O4高。
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锂离子电池关键材料
锂离子电池负极材料
– 目前锂离子电池用负极材料以碳质材料为主，包括 中间性炭微球和改性天然石墨等，实际比容量达到 350mAh/g左右。
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镍氢动力电池关键材料
AB3型储氢合金电极材料
– PuNi3型斜六面体结构和CeNi3型六面体结构。 – 研究较多的主要是具有PuNi3型结构的多元含有金
属镁的合金，如LaCaMgNi9和(LaMg)(NiCo)3合 金。此类储氢合金的每克电化学容量在360400mA·h，可以大幅度提高负极材料的电化学容 量。
太阳能电池
纳米晶染料敏化太阳能电池（新一代太阳能 电池）
– 由纳米晶宽带半导体多孔薄膜、染料分子和电解质 以及对电级组成三明治结构。
– 成本低、工艺简单、性能稳定
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太阳能电池
聚合物太阳能电池
– 在导电材料表面复合多层性能不同的高分子材料， 制成类似无机pn结的单向导电装置，利用聚合物 吸收光能，并将其转化为电能。
锂离子电池正极材料
– 锂离子电池的正极材料比容量目前仅130mAh/g 左右，远低于负极材料350mAh/g的比容量，成 为锂离子电池容量的限制因素，因此改善正极材料 性能是提高锂离子电池性能的关键因素之一。
– 锂离子电池正极材料主要分为三种：具有层状结构 的LiMO2(M=Co, Ni, NiCo, NiCoMn),尖晶石结 构的LiMn2O4，橄榄石结构的 LiMPO4(M=Fe,Mn,Co)。
– 硫化镉、碲化镉：转换效率高，成本低，但镉会造成环境污 染
– 铜铟硒CuInSe2(CISLeabharlann Baidu光电转换效率高达19.5%（面积 0.4cm2），具有价格低廉、性能良好和工艺简单等优点，但 铟和硒都是稀有元素 ，所以这类电池的发展会受到限制。
– 砷化镓Ⅲ-Ⅴ族化合物转换效率高，是很理想的电池材料。
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太阳能电池
硅系列太阳能电池
– 单晶硅：转换效率最高，但成本也高 – 多晶硅薄膜太阳能电池：转换效率20%，成本低，
效率高，性能稳定 – 非晶硅薄膜太阳能电池：较高的转换效率，较低的
成本，稳定性不高
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太阳能电池
多元化合物薄膜太阳能电池
– 主要包括砷化镓Ⅲ-Ⅴ族化合物、硫化镉、碲化镉及铜铟硒薄 膜电池等。
镍氢电池正极材料是Ni(OH)2，当前主要是根 据需要对其进行改性处理。
镍氢电池负极材料目前主要是LaNi5系， Laves相储氢合金主要分MgCu（立方型，C15 型）、MgZn2（六方，C14型）、MgNi2（六 方，C36型）结构。通式AB2Laves相储氢合金 主要有锆基和钛基两大类。与稀土镍系储氢合 金相比，Laves相储氢合金储氢容量高，曾被 看做第二代储氢合金电极材料。
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镍氢动力电池关键材料
镁基储氢合金电极材料
– 镁的资源丰富、价格低廉，作为电极材料应用具有 潜在优势。
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固体氧化物燃料电池
传统的固体氧化物燃料电池(SOFC)通常在800～ 1000℃的高温条件下工作，由此带来材料选择 困难、制造成本高等问题。
如果将SOFC的工作温度降至600～800℃，便可
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镍氢动力电池关键材料
钛系AB型储氢电极合金材料
– Ti2Ni相、TiNi相，但其理论化学储氢容量偏低。 – V-Ti基固溶体合金，其特点是室温下储氢量大。 – Ti22V66Ni12合金室温储氢容量高，但由于低平台电
压贡献的储氢容量难以在实际放电中实现电化学脱 氢，合金的每克电化学放电容量仅为420mA·h。
采用廉价的不锈钢作为电池堆的连接材料，降低