当前位置：文档之家 › 能源材料第二讲-PPT文档资料

能源材料第二讲-PPT文档资料

  • 格式：ppt
  • 大小：395.50 KB
  • 文档页数：56

下载文档原格式

  / 56

合集下载

新能源材料与技术-第2章 锂离子电池材料-1

新能源材料与技术-第2章 锂离子电池材料-1
嵌入和脱出来进行充放电；
离子电池的组成
14
01锂离子电池概述
八、锂离子电池的组成
锂离子电池的结构一般包括以下部件:正极、负极、电解质、隔膜、正极引线、负极引线、中心端子、 绝缘材料、安全阀、PTC (正温度控制端子)、电池壳。 以圆柱形锂离子电池为例，其结构如图2-2 (a)所示，扣式电池的结构与圆柱形电池的结构相似。方形 锂离子电池的结构如图2-2 (b)所示。聚合物锂离子电池的结构如图2-2 (c)所示。
以LiCoO2为例：
充电 放电
充电 放电
充电 放电
12
01锂离子电池概述
七、锂离子电池与锂原电池（锂电池）的主要区别
1. 锂电池是一次电池，不可充电；锂离子电池是二次电池，可充电； 2. 在负极材料的选择上，锂电池（锂原电池或者锂金属电池）使用锂金属或者锂合金为负极，
而锂离子电池主要选择的是石墨类材料。 3. 原理不同：锂电池是锂做负极发生的氧化还原反应；锂离子电池是通过锂离子在石墨负极上
能刺透在正负极之间起电子绝缘作用的隔膜，最终触到正极，造成电池内部短路，引起安全问题。 4. 1980年，M. Armand 提出了“摇椅式”二次锂电池的设想，即正负极材料采用可以储存和交换锂离子的
层状化合物，充放电过程中锂离子在正负极之间穿梭，从一边“摇”到另一边，往复循环，相当于锂的 浓差电池。 5. 在20世纪80年代初期，Goodenough 合成了 LiMO2 (M=Co、Ni、Mn) 化合物，这些材料均为层状化 合物，能够可逆地嵌入和脱出锂，后来逐渐发展成为二次电池的正极材料。这类材料的发现改变了二 次锂电池锂源为负极的传统思想。
锂离子电池的工作原理就是指其充放电原理。当对 电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生 成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的 碳呈层状结构，它有很多微孔，到达负极的锂离子 就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电 容量越高。放电时，锂离子从负极脱嵌进入正极。

功能材料之能源材料PPT

功能材料之能源材料PPT

02
常见能源材料的特性与性能
电池材料的特性与性能
电池材料种类
包括锂离子电池、镍氢电池、铅酸电池等，每种材料具有不同的 特性与性能。
电池材料的电化学性能
包括能量密度、功率密度、循环寿命、充电速度等，直接影响电池 的储能和放电能力。
电池材料的安全性
电池材料应具有较高的安全性，无毒或低毒，不易燃烧或爆炸，以 确保使用过程中的安全。
燃料电池材料面临的挑战与前景
总结词：燃料电池是一种将化学能转化为电能的装置 ，其核心是燃料电池材料。目前，燃料电池材料面临 的主要挑战是提高电化学性能和降低成本。随着技术 的不断进步，燃料电池材料的前景非常广阔，未来将 会涌现出更多的新型燃料电池材料，为人类提供更加 高效、环保的能源解决方案。
详细描述：目前，质子交换膜燃料电池是最成熟的燃料 电池技术之一，其具有较高的能量密度和较低的成本。 但是，质子交换膜燃料电池的寿命较短，且需要使用贵 金属催化剂。因此，研究人员正在开发新型燃料电池材 料，如固体氧化物燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池等。 这些新型燃料电池具有更高的电化学性能和更长的寿命 ，同时不需要使用贵金属催化剂。未来，随着技术的不 断进步和成本的降低，燃料电池有望在交通运输、电力 供应等领域得到广泛应用。
太阳能电池材料面临的挑战与前景
总结词
太阳能电池材料是一种重要的可再生能源材料，目前 面临的主要挑战是提高光电转换效率和降低成本。随 着技术的不断进步，太阳能电池材料的前景非常广阔 ，未来将会涌现出更多的新型太阳能电池材料，为人 类提供更加高效、环保的能源解决方案。
详细描述
目前，硅基太阳能电池是应用最广泛的太阳能电池，其 光电转换效率高、稳定性好，但是成本较高。因此，研 究人员正在开发新型太阳能电池材料，如钙钛矿太阳能 电池、染料敏化太阳能电池等，这些新型太阳能电池具 有更高的光电转换效率和更低的成本，有望成为未来的 主流太阳能电池。此外，随着技术的不断进步，太阳能 电池的集成度也将越来越高，未来将会出现更加高效、 环保的太阳能发电系统。

《能源材料第二讲》PPT课件

《能源材料第二讲》PPT课件

从能量转换的观点可将电化学过程分 为两大类:
1）利用化学反应，Gibbs函数降低 （ΔGm<0），产生电流，将化学能转 变为电能，这就是原电池；
2）用电流做功来推动化学反应，使 Gibbs函数升高（ΔGm>0），将电能 转换成化学能的过程。这就是电解池。
1.氧化反应和还原反应 化学反应一般都是氧化还原反应。以
1889年能斯特（Nernst）建立电极电位 的理论，提出表示电极电位与电极反 应各组分浓度间关系的能斯特公式
表达电极平衡电势E 与温度T和参与电极 反应物质活度ai关系 的公式。
能斯特 Nernst （1864-1941年)
19世纪70年代，Helmholtz首次提 出了双电层的概念
由Helmholtz最早提出的一种双电层结构。 他认为双电层的结构与平行板电容器相似， 双电层的里层在固体表面上，相反符号的外 层则与固体表面平行地分布在液体中，两层 之间的距离很小，约在离子大小的量级。在 此双电层中电势由里层向外层呈直线下降。 亥姆霍兹双电层模型对早期的电动现象研究 起过促进作用，但它不能代表双电层的实际 情形。
标准电极电位按次序排列，叫电化学 序。
装置原电池并计算电池的电动势
判断氧化剂、还原剂的相对强弱。电 极电位越正，表示该组分愈容易得到 电子，是较强的氧化剂；电极电位越 负，表示该组分愈容易失去电子，是 较强还原剂。
在实际测定中，由于标准氢电极的使 用条件十分严格，操作较困难，往往 使用某些具有稳定电极电势的参考电 极。
电解质溶液
电解质不一定能导电，而只有在溶于水或熔融状 态是电离出自由移动的离子后才能导电 。
能导电的不一定是电解质，判断某化合物是否是 电解质，不能只凭它在水溶液中导电与否，还需要 进一步考察其晶体结构和化学键的性质等因素。

《新能源材料》新型二次电池材料(课堂PPT)

《新能源材料》新型二次电池材料(课堂PPT)
➢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
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
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
锌锰干电池 银锌纽扣电池
电池
锂原电池 铅酸电池
二次电池镍氢电池来自锂离子电池41800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年法国化学家发明了第—个干电池。 现代的干电池不过是其改进。
5
1.1 锌锰干电池 锌锰干电池结构图
6
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。

第二章-新能源材料--生物质能材料

第二章-新能源材料--生物质能材料
方式使其发电和供热，也可用于发酵生产副产品— 甲烷气。
垃圾分类回收有利于利用城市固废作为生物质能材料。
需要指出，燃烧固体废料会可能导致大气污染， 所产生的污染物应特别予以注意。可能会产生二恶 英、含氮、硫氧化物以及重金属等，必须加以控制。
废液（污水）人类日常生活中产生的污水具有 可观的能源潜力。污水经过厌氧发酵可产生甲烷气。 在污水厌氧处理方面已有多年的实践经验。
生物质是指直接或间接利用大气、水、土地等通过光 合作用而产生的各种有机体。
广义而言生物质包括所有的植物、微生物以及以植物、 微生物为食物的动物及其生产的废弃物。狭义上主要是指 农林业生产过程中除粮食、果实以外的秸秆、树木、加工废 料、农林废弃物及动物的废弃物等物质（无生命、废弃物）。
特点：可再生性、天然性、广泛性。
生物质能化学转换技术：气化
同时，有一部分碳，由于氧气（空气）的供应 量不足，便生成一氧化碳，放出一部分热量。
2C + O2 2CO 在此层中主要是产生二氧化碳，一氧化碳的生 成量不多，水分也很少分解。 2）还原层 此时没有氧气存在，二氧化碳和水 蒸汽被还原成一氧化碳和氢气，进行吸热反应，
生物质能化学转换技术：气化
生物质能化学转换技术：气化
煤气发生炉由于原料不同而气化产物有差异外， 气化时吹入的气体不同，所得到的可燃性气体成分 也不同。
与煤原料气化相比较，生物质作为气化原料有 如下优点：生物质挥发成分高，70 - 80%为挥发 物。在较低的温度（约400℃）时大部分挥发物被 释放，煤在800℃左右时才释放30%的挥发物；
2.2 生物质能材料种类
生物质材料非常广泛 用于生产能量的生物质材料包括范围非常广泛，
来自农场和天然林地的薪柴，为获取能量而种植的 农林作物、农业、工业的废弃物、城市固体废物、 水生植物、微藻等都可以利用作为生物质能材料。

能源概述--常规能源介绍PPT(48张)

能源概述--常规能源介绍PPT(48张)
• 煤是黑色黄金。
（2）煤的成因
煤是怎样形成的？
在地质历史上，沼泽森林覆盖了大片 土地，包括菌类、蕨类、 灌木、乔木等 植物。但在不同时代海平面常有变化....
当水面升高时，植物因被淹而死 亡。 如果这些死亡的植物被沉积物覆盖而不透 氧气，植物就不会完全分解，而是在地下 形成有机地层。随着海平面的升降，会产 生多层有机地层。
•特点：挥发分低、比重大、 硬度高、燃烧时烟少、火苗短、 火力强。
• 无烟煤通常作民用和动力燃 料；质量好的无烟煤可作气化 原料、高炉喷吹和烧结铁矿石 的燃料以及作铸造燃料等；用 优质无烟煤还可以制造碳化硅、 碳粒砂、人造刚玉、人造石墨、 电极、电石和炭素材料。
中国无烟煤需求行业
•烟煤：燃烧时火焰较长而有烟的煤，煤化程度较大
LHV（ MJ/kg ） 26~33 20~33 10~17
煤种 无烟煤
贫煤 低挥发分烟煤 高挥发分烟煤
褐煤
干燥无灰基挥发分含量（%） ≤9 9~19
19~30 30~40 40~50
LHV（ MJ/kg ） ＞ 20.9 ＞ 18.4 ＞16.3 ＞15.5 ＞ 11.7
拓展---各煤种的用途
• 无烟煤：是煤化程度最高的 煤，含碳量90%以上。
的煤。外观呈灰黑色至黑色，粉末从棕色到黑色。由 有光泽的和无光泽的部分互相集合合成层状，沥青、 油脂、玻璃、金属、金刚等光泽均有，具明显的条带 状、凸镜状构造。该种煤含碳量为75％～90％，不含 游离的腐殖酸。大多数具有粘结性；发热量较高。燃 烧时火焰长而多烟。多数能结焦。
• 根据挥发分含量、胶质层厚度或工艺性质，可分为 长焰煤、气煤、肥煤、焦煤、贫煤、瘦煤等。
（1）煤的元素组成
• 煤是由有机物质和无机物质混合组成的。煤中有机物 质主要由碳（C，82%~93%）、氢（H， 3.6%~5%）、氧（O，1.3%~10%）、氮（N， 1%~2%）四种元素构成，还有一些元素则组成煤中 的无机物质，主要有硫（S）、磷（P）以及稀有元 素等 。

能源材料PPT课件

能源材料PPT课件
值，抑制电极在充电时氧的析出，使电极充电效 率提高，Ni(OH)2的利用率提高，降低电池内压。
Co2+的加入量一般为2%~3%。
3
球形Ni(OH)2中添加Co2+的作用
含Co和不含Co的镍电极的循环寿命
4
2）锌的影响 添加锌可形成Ni1-xZnx(OH)2固溶体。 可提高镍电极的析氧电位，抑制电极在充电过程
17
4、V基固溶体型合金 V基固溶体合金吸氢后可生成VH和VH2两种氢化物。 优点：具有储氢量大的特点； 缺点：V基合金本身不具备电极活性，因而对其电化
学应用很少研究。 解决办法：通过在V基固溶体的晶界上析出电催化活
性良好的TiNi等第二相后，可使V基固溶体合金成 为一类新型高容量储氢电极材料。
18
Ni(OH)2的电性
结晶度差、层错率高、微晶晶粒小、微晶排
列无序的Ni(OH)2，活化速度快，放电容量高， 循环寿命长，其它电性能也较好。
9
4、镍电极的制作 主要有烧结式和泡沫镍涂浆式两大类。
羟甲基 纤维素 钠
氢气氛
特点:机械强度高，温度适应性较强，可以高 倍率放电。
10
与烧结式电极相比，孔隙率高，可有效填充高密度的球 形Ni(OH)2，使镍电极的容量比体积及电池的能量密度得 到显著提高，但其生产成本较高。
中γ-NiOOH的生成，减少电极的体积膨胀； 充电过程中，锌离子的加入可使β-Ni(OH)2和β-
NiOOH 间的相互转化更加容易，使得镍电极的 工作电压平台加长； 可抑制电极膨胀，防止可能造成的电池微短路的 发生。
5
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中质子的传递，加速容量和电压 平台的衰减，影响电池循环寿命。
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

1905年Tafel提出Tafel公式描述了 电流密度与氢过电位的关系。
1950年以前，电化学家企图用 化学热力学方法来处理一切电 化学问题。
化学热力学是物理化学和热力学的一个分支 学科，它主要研究物质系统在各种条件下的 物理和化学变化中所伴随着的能量变化，从 而对化学反应的方向和进行的程度作出准确 的判断。
（1789年—1854年）
从化学方面（即电流与化学反应的关系）， 在1833年发现了法拉第（Faraday）定律。 随后，电化学理论又获得了进一步的发展。
(1)电流通过溶液时， 在电极上发生变化的 物质的量与所通过的 电量成正比； (2)当相同的电量通 过各种不同的电解质 溶液时，在各个电极 上发生变化的物质的 量与它们的化学当量 成正比。
法拉第 Faraday （1791-1867)
1887年阿伦尼乌斯（Arrhenius） 提出了电离学说；
1887年 提出电解质的电 离学说，认为电解质在水 溶液中部分电离成正、负 自由离子，溶液性质是所 有离子性质的加和函数。 提出电解质活度系数的概 念。解释了电解质反常的 渗透现象。这一学说不能 解释强电解质及浓溶液的 一些性质
由Helmholtz最早提出的一种双电层结构。 他认为双电层的结构与平行板电容器相似， 双电层的里层在固体表面上，相反符号的外 层则与固体表面平行地分布在液体中，两层 之间的距离很小，约在离子大小的量级。在 此双电层中电势由里层向外层呈直线下降。 亥姆霍兹双电层模型对早期的电动现象研究 起过促进作用，但它不能代表双电层的实际 情形。
般在10-7S/m～105S/m之间。半导体的 导电机理是通过空穴或电子导电。
电导率：
(1)定义或解释 电阻率的倒数为电导率。σ =1/ρ (2)单位: 在国际单位制中,电导率的单位是西门子/米。 (3)说明 电导率的物理意义是表示物质导电的性能。电导率越 大则导电性能越强,反之越小。
化学电源中某些金属氧化物的电阻率
伏打电池（volta cell)：1799年，电池 的雏形，具有两个电极和电解质溶液。
伏打 AlessandroVlota (1745～1827年)
两种不同的金 属，中间隔有导电的 电解质溶液，便可以 产生电流，此类装置 都称为伏打电池。
1870年比利时工程师格拉姆发 明了发明电机后，为建立规模 较大的电化学工厂创造了有利 条件，促进了电化学工业的发 展。
第二讲 电化学基础
南昌大学材料学院
一、电化学体系的电传导
能导电的物体称为导体。电阻或电导
是表示导体导电能力的物理量。 根据导电机理的不同，导体分为两类。 有些导体依靠其中的电子传输电流， 可称之为电子导体或第一类导体。另 一类导体是靠离子的移动来实现其导 电，它们被称为离子导体或第二类导 体。
1.第一类导体
凡依靠电子流动传导电流的导体称为
第一类导体，比如金属、碳、金属间 化合物等。 电流通过第一类导体时没 有化学反应的伴随，但是由于电阻的 存在将有热的产生。对于金属来说， 导体的电导率的数量级为106S/m～ 108S/m，其电导率随着温度的上升而 降低。
半导体也属第一类导体，其电导率一
金属氧化 物
片状PbO2 紧密PbO2 微孔PbO2 α- PbO2
电阻率 (Ω﹡ｍ） 2×10-6
74×10-6 95×10-8 1×10-5
金属氧化 物
β- PbO2 Ag2O Pb3O4 CuO
电阻率 (Ω﹡ｍ） 4×10-5
约108 9.6×109 (0.5～1)×106
2.第二类导体 凡依靠离子的移动来传导电 流的导体，称为第二类导体。这 类导体包括所有的电解质溶液和 熔融态电解质以及部分固体电解 质。
二、电化学的研究对象及其发展
1.电化学的研究对象 长期以来，人们多是把电化学看作是 研究电能与化学能相互转换（电解过 程与在原电池中发生的过程）的科学。 但是，也有一些电化学的研究对象并 不能满足上述要求。
电化学系统是由电极和电 解质两种物质组成。当发生电 化学反应的时候，电流将连续 地通过由电极和电解质组成的 电化学系统。
阿伦尼乌斯 Arrhenius (1859～1927)
1889年能斯特（Nernst）建立电极电位 的理论，提出表示电极电位与电极反 应各组分浓度间关系的能斯特公式 表达电极平衡电势E 与温度T和参与电极 反应物质活度ai关系 的公式。
能斯特 Nernst （1864-1941年)
19世纪70年代，Helmholtz首次提 出了双电层的概念
定义：电化学是研究两类导 体（电子导体、离子导体） 形成的带电介面现象及其上 所发生的变化的科学。
电化学的研究对象应当包括 三部分：电子导体、离子导 体、两类导体的介面及其上 所发生的一切变化。
2.电化学的发展 古老的电池－巴格达电池:1932年由德 国的考古学家Wilhelm König在巴格达 东方的Khujut Rabuah遗迹中发现了 Parthian时代（公元前250～226）称 为巴格达电池的发掘物。这个电池是 将铜质圆筒埋在壶中，在它的中心插 入铁棒，灌入醋或葡萄酒即可得到电 流。
在物理学方面的工作，于1826年发 现了欧姆（Ohm）定律
欧姆发现了电阻中电流 与电压的正比关系，即 著名的欧姆定律；他还 证明了导体的电阻与其 长度成正比，与其横截 面积和传导系数成反比； 以及在稳定电流的情况 下，电荷不仅在导体的 表面上，而且在导体的 整个截面上运动。
格奥尔格·西蒙·欧姆 Georg Simo溶于水或熔融状 态是电离出自由移动的离子后才能导电 。 能导电的不一定是电解质，判断某化合物是否是 电解质，不能只凭它在水溶液中导电与否，还需要 进一步考察其晶体结构和化学键的性质等因素。
离子晶体，比如NaCl熔化后就成为
熔融电解质，也属于离子导体。其中 由于含有可以自由移动的Na+和Cl-,具 有离子导电性。高温燃料电池的应用。 固体电解质是指在电场作用下由于离 子的移动而具有导电性的固态物质。 各种固体电解质的导电能力往往相差 悬殊。