新能源材料第4-6讲
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碳材料PPT课件
形成一切生物有机生命体的骨架元素； 大量的中间过渡状态，较少的纯碳形式； 新型炭材料。
C 的存在
碳的起源---“big bang”理论
宇宙巨大的能量块 150亿年前发生大爆炸
宇宙空间充满高能的光
膨胀 温度降低
光转化为物质，各种 粒子开始形成
温度降低 温度升高
粒子凝聚成氢
温度升高
Ne Na Mg O S Si P…
C 的演变
碳在宇宙进化中起着重要的作用，是宇宙中前期生物分子进 化的关键元素。
宇宙中：原子碳、分子碳、固态碳和碳化物 太阳系：H, He,O, C, Ne…… 地球中：第14位 （90% 的碳是以CaCO3的形式存在，为化石 燃料的1万倍） 碳是地球上一切生物有机体的骨架元素，没有碳就没有生命. 碳元素占人体 总重量的18 %左右 人类进化以来，很早就开始利用各种炭物质和炭材料。各种 炭材料在航天、航空等工业、医疗、能源和日用品中得以应用。 当今世界以碳为主要原子构成的有机化学为橡胶、塑料、合 成纤维三大 材料奠定了基础。
Richard E. Smalley 1/3 of the prize USA Rice University Houston, TX, USA b. 1943 d. 2005
The Nobel Prize in Chemistry 2000 “for the discovery and development of conductive polymers”
1/3 of the prize USA Rice University Houston, TX, USA b.1933
Sir Harold W. Kroto 1/3 of the prize United Kingdom University of Sussex Brighton, United Kingdom b. 1939
C 的存在
碳的起源---“big bang”理论
宇宙巨大的能量块 150亿年前发生大爆炸
宇宙空间充满高能的光
膨胀 温度降低
光转化为物质，各种 粒子开始形成
温度降低 温度升高
粒子凝聚成氢
温度升高
Ne Na Mg O S Si P…
C 的演变
碳在宇宙进化中起着重要的作用，是宇宙中前期生物分子进 化的关键元素。
宇宙中：原子碳、分子碳、固态碳和碳化物 太阳系：H, He,O, C, Ne…… 地球中：第14位 （90% 的碳是以CaCO3的形式存在，为化石 燃料的1万倍） 碳是地球上一切生物有机体的骨架元素，没有碳就没有生命. 碳元素占人体 总重量的18 %左右 人类进化以来，很早就开始利用各种炭物质和炭材料。各种 炭材料在航天、航空等工业、医疗、能源和日用品中得以应用。 当今世界以碳为主要原子构成的有机化学为橡胶、塑料、合 成纤维三大 材料奠定了基础。
Richard E. Smalley 1/3 of the prize USA Rice University Houston, TX, USA b. 1943 d. 2005
The Nobel Prize in Chemistry 2000 “for the discovery and development of conductive polymers”
1/3 of the prize USA Rice University Houston, TX, USA b.1933
Sir Harold W. Kroto 1/3 of the prize United Kingdom University of Sussex Brighton, United Kingdom b. 1939
新能源材料与器件概论 教学大纲
新能源材料与器件概论一、课程说明课程编号：050302X10课程名称：新能源材料与器件概论/The Introduction of New Energy Materials and Devices课程类别：专业教育课程学时/学分：32学时/2学分先修课程：大学物理、无机化学适用专业：新能源材料与器件教材、教学参考书：1.陈军主编.新能源材料.北京：化学工业出版社.2003 年；2.托马斯B.雷迪(Thomas B.Reddy) (编者). 汪继强(译）.电池手册. 北京：化学工业出版社.2013年；3.李景虹编著.先进电池材料. 北京：化学工业出版社.2004年；4.朱继平主编.新能源材料技术. 北京：化学工业出版社第1版.2015年；5.陆天虹主编.能源电化学. 北京：化学工业出版社.2014年；6.义夫正树主编.锂离子电池:科学与技术. 北京：化学工业出版社.2015年。
二、课程设置的目的意义新能源技术是21世纪世界经济发展中最具有决定性影响的五个技术领域之一，新能源材料与器件是实现新能源的转化和利用以及发展新能源技术的关键能源和材料是社会发展的物质基础。
新能源、新材料已列入国家战略性新兴产业。
新能源开发和有效利用的关键之一是与其相应的材料及器件。
新能源材料与器件涉及到材料、物理、化学、电子、机械等多学科交叉等相对复杂的高技术，这方面的高技术人才相对缺乏。
《新能源材料与器件导论》是一门理论和实践性都较强的课程。
通过该课程的学习，使学生能够系统的掌握新能源（二次电池、热能、氢能、太阳能、燃料电池等）材料及器件基本理论、基本知识和工程技术技能，掌握新能源材料组成、结构、性能的测试技术与分析方法及各种新材料在能源转换中的应用，存在的问题，了解新能源材料科学的发展方向。
三、课程的基本要求知识要求：通过本课程的学习, 使学生们学习和掌握目前新能源的种类及其能量利用形式, 学习和掌握各种新能源利用过程中所涉及的能量转换过程，学习和掌握新能源利用中的关键材料及其器件制造方法。
锂离子电池负极材料银纳米线的锂化机制
能源需求的增加以及绿色可持续发展的理念使得清洁可再生能源得到大力发展，其中，锂离子电池在为电子产品供电方面发挥了关键作用[1-3]。
为增加负极材料的储能效率，获得容量高、安全性能优异的电极材料，需要对负极材料进行创新性研究。
在负极材料中，合金型负极在与锂离子形成合金相时可以达到高能量容量和安全性好等效果，成为有前途的锂离子电池负极材料[4-6]。
在电极材料的研究中，纳米材料中的离子迁移过程与宏观电化学性能联系密切；材料在电化学过程中储存锂离子的能力决定电池的比容量；锂离子电池负极材料银纳米线的锂化机制刘海辉1，2，3，张欣欣1，2，3（1.天津工业大学材料科学与工程学院，天津300387；2.天津工业大学省部共建分离膜与膜过程国家重点实验室，天津300387；3.天津工业大学先进纤维与储能技术重点实验室，天津300387）摘要：为了探究银纳米线在不同工作电压下的锂化机制，借助原位透射电子显微镜的高分辨技术和电子衍射技术，研究了在不同的工作电压条件下，银纳米线在锂化过程中的相变过程和形貌变化。
结果表明：金属银用于电池负极材料时，其工作电压对电极材料的活性有较大影响；银在低工作电压下的储锂量大，电极材料不易失效；当工作电压为-1V 时，Ag 纳米线在储存锂离子过程中会先变成LiAg 相，无明显体积形变；后续随着锂化时间增加，Li x Ag 合金中x >1时，纳米线粉碎化，生成Li 3Ag 、Li 9Ag 4相；当外加的电压为-2V 时，锂离子会快速在纳米线表面运输并与Ag 发生反应，导致纳米线破碎。
关键词：锂离子电池；负极材料；Ag 纳米线；锂化反应机制；原位透射电镜中图分类号：TBQ152；TM911.3文献标志码：A 文章编号：员远苑员原园圆源载（圆园24）园2原园园55原05收稿日期：2022-05-26基金项目：国家自然科学基金资助项目（52271011）。
通信作者：刘海辉（1984—），男，博士，讲师，主要研究方向为高性能纤维、新能源材料、热电转换材料。
化工新材料教案第一章课件
复合材料按用途主要可分为结构复合材料和功能复合材 料两大类。
结构复合材料主要作为承力结构使用的材料，由能承受 载荷的增强体组元（如玻璃、陶瓷、碳素、高聚物、金属、 天然纤维、织物、晶须、片材和颗粒等）与能联结增强体成 为整体材料同时又起传力作用的基体组元（如树脂、金属、 陶瓷、玻璃、碳和水泥等）构成。结构材料通常按基体的不 同分为聚合物基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材 料、碳基复合材料和水泥基复合材料等。
讲授内容
第一讲 化工新材料概论 第二讲 有机硅材料 第三讲 涂料与胶粘剂 第四讲 复合材料概论 第五讲 合成高分子 第六讲 功能材料概论 第七讲 储氢材料和磁性材料 第八讲 功能玻璃材料 第九讲 陶瓷材料 第十讲 智能材料 第十一讲 高分子膜与膜分离技术 第十二讲 纳米材料与纳米技术
课程要求
教材
本科程属专业限选课程
（5）生态环境材料
生态环境材料是在人类认识到生态环境保护的重要战略意 义和世界各国纷纷走可持续发展道路的背景下提出来的，是国 内外材料科学与工程研究发展的必然趋势。一般认为生态环境 材料是具有满意的使用性能同时又被赋予优异的环境协调性的 材料。
这类材料的特点是消耗的资源和能源少，对生态和环境污 染小，再生利用率高，而且从材料制造、使用、废弃直到再生 循环利用的整个寿命过程，都与生态环境相协调。主要包括： 环境相容材料，如纯天然材料（木材、石材等）、仿生物材料 （人工骨、人工器脏等）、绿色包装材料（绿色包装袋、包装 容器）、生态建材（无毒装饰材料等）；环境降解材料（生物 降解塑料等）；环境工程材料，如环境修复材料、环境净化材 料（分子筛、离子筛材料）、环境替代材料（无磷洗衣粉助剂） 等。
（11）先进陶瓷材料
先进陶瓷材料是指采用精制的高纯、超细的无机化合物 为原料及先进的制备工艺技术制造出的性能优异的产品。根 据工程技术对产品使用性能的要求，制造的产品可以分别具 有压电、铁电、导电、半导体、磁性等或具有高强、高韧、 高硬、耐磨、耐腐蚀、耐高温、高热导、绝热或良好生物相 容性等优异性能。
结构复合材料主要作为承力结构使用的材料，由能承受 载荷的增强体组元（如玻璃、陶瓷、碳素、高聚物、金属、 天然纤维、织物、晶须、片材和颗粒等）与能联结增强体成 为整体材料同时又起传力作用的基体组元（如树脂、金属、 陶瓷、玻璃、碳和水泥等）构成。结构材料通常按基体的不 同分为聚合物基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材 料、碳基复合材料和水泥基复合材料等。
讲授内容
第一讲 化工新材料概论 第二讲 有机硅材料 第三讲 涂料与胶粘剂 第四讲 复合材料概论 第五讲 合成高分子 第六讲 功能材料概论 第七讲 储氢材料和磁性材料 第八讲 功能玻璃材料 第九讲 陶瓷材料 第十讲 智能材料 第十一讲 高分子膜与膜分离技术 第十二讲 纳米材料与纳米技术
课程要求
教材
本科程属专业限选课程
（5）生态环境材料
生态环境材料是在人类认识到生态环境保护的重要战略意 义和世界各国纷纷走可持续发展道路的背景下提出来的，是国 内外材料科学与工程研究发展的必然趋势。一般认为生态环境 材料是具有满意的使用性能同时又被赋予优异的环境协调性的 材料。
这类材料的特点是消耗的资源和能源少，对生态和环境污 染小，再生利用率高，而且从材料制造、使用、废弃直到再生 循环利用的整个寿命过程，都与生态环境相协调。主要包括： 环境相容材料，如纯天然材料（木材、石材等）、仿生物材料 （人工骨、人工器脏等）、绿色包装材料（绿色包装袋、包装 容器）、生态建材（无毒装饰材料等）；环境降解材料（生物 降解塑料等）；环境工程材料，如环境修复材料、环境净化材 料（分子筛、离子筛材料）、环境替代材料（无磷洗衣粉助剂） 等。
（11）先进陶瓷材料
先进陶瓷材料是指采用精制的高纯、超细的无机化合物 为原料及先进的制备工艺技术制造出的性能优异的产品。根 据工程技术对产品使用性能的要求，制造的产品可以分别具 有压电、铁电、导电、半导体、磁性等或具有高强、高韧、 高硬、耐磨、耐腐蚀、耐高温、高热导、绝热或良好生物相 容性等优异性能。
新能源材料制备与加工技术
源
西安交通大学
》
李长久教制构与授材《P备、机Srto与性制新r料pu西e加能、c能rt科ut安工 相（i源ree学s交、 使 互s材成 用 关通与料分 性 系大制工、能西学备组）程安与织的交材C加结控Po通rm 料制o工大cp制eo技s学ss备i术tinio与gns加工技术》
源
西安交通大学
》
李长久教授
源
西安交通大学
》
李长久教授 《C新C将Be制西elaSF能能lltluo造新与t（安ele量a源lrr换能电ycB交以ce（材el能源a池ll通化：l电t：料器材）t燃学大e将池制件料：r料西能太学）y与的备的能的阳的安：化储制量与直形区交能学能备材转接加式量通能别器与能料换工存直存大转件加器制贮技接储换学相工件备转供术为器关成或换与使电件技形为装能用加或电术置工装能置技术》
料 通 工 其影响规律、提高转换效率的基本途径； 源材 交 与加 太阳电池的种类与制造工艺及其特点； 能 安 备 燃料电池的原理、特点、开发现状与应用前景。 新 西 制 二次电池及其相关材料技术 《 材料 材料制备、加工与制造器件一体化的特征
源
西安交通大学
》
李长久教授
学 技术 主要参考书 大 工 1.（美）胡晨明，R.M. 还特著，（李采华译），太阳电
源材 交通 与加 Gas turbine simple Cycle
《新能 西安 材料制备 Power output, MW
源
西安交通大学
》
李长久教授
学 术 4. 矿物（化石）燃料使用造成的 大 工技 环境污染问题 交通 与加 》 燃烧排放物：
安 备 术 SO2、Nox、CO、CO2、烟尘等 西 制 学 技 危害作用
新能源科学与工程专业“材料科学基础”课程教学改革实践与创新
2021年第6期广东化工第48卷总第440期 · 199 ·新能源科学与工程专业“材料科学基础”课程教学改革实践与创新谷肄静(贵州大学材料与冶金学院，贵州省冶金工程与过程节能重点实验室，贵州贵阳550025) [摘要]本文针对新能源科学与工程专业的《材料科学基础》这一门专业必修课，提出了一些在教学工作中的探索性的实施措施以及在教学改革中得到的一些实践总结。
由于新能源科学与工程专业是新兴专业，因此本文以加强学生实践能力为出发点，结合多种教学方法，以提高学生学习兴趣和提升学生专业素质为目的，着重讨论了新能源材料领域的教学模式的改革实践与创新。
[关键词]材料科学基础；教学实践；教学改革[中图分类号]G4 [文献标识码]A [文章编号]1007-1865(2021)06-0199-01The Teaching Reformation and Innovation of Essentials of Materials Science and Engineering in New Energy Science and EngineeringGu Yijing(Guizhou Province Key Laboratory of Metallurgical Engineering and Process Energy Saving, College of Materials and Metallurgy, GuizhouUniversity, South Hua-Xi Street, Guiyang 550025, China)Abstract: This paper is focused on the essentials of materials science and engineering, which is one compulsory course of new energy science and engineering. It is mentioned that some exploring implementary strategies and practical summary during the teaching procedure. New energy science and engineering is a novel major, so this paper is concentrated on enhancing students’ practical abilities and combined with a multitude of teaching measures to elevate students’ learning attraction and academic qualities. It is vital to discuss the teaching reformation and innovation in the field of New Energy Science and Engineering.Keywords: essentials of materials science and engineering；teaching reformation；teaching innovation材料科学基础是新能源科学与工程专业的一门必修课程，是一门研究材料基本成分、微观结构、各种物理性能和化学性能及其应用的严密的基础科学，也是材料相关专业、新能源相关专业的理论基础课程。
第二章-新能源材料--生物质能材料
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
发生炉工作时，在炉栅附近的燃料遇到炉栅下 通过的空气而全部燃烧。在炉栅上形成灰渣。空气 经过灰渣层略为加热后，进入燃烧层（氧化层）， 这里氧气与碳反应，生产二氧化碳，也有一小部分 一氧化碳。氧化层上方是还原层，在这里，由于遇 到炽热的燃料，二氧化碳被还原成一氧化碳，水被 还原成氢气。炽热的气体再向上走把燃料中的挥发
理论上讲，气化和燃烧都是有机物与氧反应， 但燃烧的主要产物是二氧化碳和水，并放出大量的 热，所以燃烧是将原料的化学能转换成热能；气化 反应放出的热量要少得多，气化主要是将化学能的 载体由固体变为气体，气化后的气体燃烧时再释放
生物质能化学转换技术：气化
出大量的热量。 使用中，气态燃料比固态燃料具有许多优良性能：
燃料的工业分析： 燃料=水分+挥发分+灰分+固定碳
燃料的工业分析：
燃料=水分+挥发分+灰分+固定碳
水分： 挥发分：实验中将煤样在隔绝空气条件下高温（900.C） 加热，从煤中有机质分解出来的液体和气体的总量中减去 水分，就得出挥发分。 灰分：灰分是指煤完全燃烧后剩下来的残渣。这些残渣几 乎全部来自煤中的矿物质。 固定碳：是指除去水分、灰分、挥发分后的残留物，从 100%减去煤的水分、灰分和挥发分后的差值即为煤的 固定碳含量。固定碳的化学组分，主要是为碳元素，另外 还有一定数量的氢、氧、氮、硫等其它元素。
- 新能源材料复习
一、名词解释1、二次电池2、薄膜太阳能电池3、燃料电池4、核能5、新能源6、储能技术7、热核反应8、碱性蓄电池9、新能源材料10、生物质能11、地热能二、基本知识1、可再生能源包括太阳能、风能、地热能、海洋能、生物质能、氢能和水能等.2、相变储能材料的热物性主要包括: 热导率、比热容、热膨胀系数、相变潜热、相变温度。
3、锂离子电池正极材料氧化物类主要有：钴酸锂（LiCoO2）、镍酸锂（LiNiO2）、锰酸锂（LiMn2O4)、钒酸锂（Li3V2O5）、三元氧化物材料等。
4、锂离子电池负极材料主要有：中间相微珠碳(MCMB）、石墨化碳、碳纤维、碳纳米管、金属合金、硅基材料等。
5、硅是目前太阳能电池的主要材料之一,按照其微观结构的不同，用于太阳能电池的硅分为单晶硅、多晶硅和非晶硅.6、黄铜矿基太阳能电池材料主要有：CuInSe2、CuGaSe2、Cu（In，Ga)Se2、CuInS2等。
7、核能利用是人类高效率利用核能,使核燃料在受控条件下发生核反应,按照反应方式可分为：核裂变与核聚变。
8、氢能是对环境无害的绿色能源，获取氢的原料是水，资源丰富，氢使用后产物是纯水或水蒸汽，故此氢是完全可再生的燃料。
氢能源系统的技术关键是氢的制造、储存、运输和利用技术.9、质子交换膜燃料电池（PEMFC)的双极板材料大致可分为碳（石墨）材料、金属材料和复合材料。
10、透明导电薄膜玻璃是在玻璃基底上通过物理或者化学方法制作的透明导电氧化物薄膜，主要包括In2O3, SnO2，ZnO, CdO氧化物及其复合多元氧化物薄膜材料,例如In2O3:Sn(ITO), ZnO:In(IZO）, ZnO：Ga(GZO），ZnO：Al（AZO).11、镍氢电池的正极材料—球形Ni(OH)2的制备方法主要有三种:化学沉淀结晶法；镍粉高压催化氧化法；金属镍电解沉淀法.12、镍氢电池的负极材料—储氢合金按照组成配比（或晶型）可以分为AB5、AB2、AB、A2B型四种.13、碱性电池的种类：铁镍电池；镉镍电池;镍氢电池；锌银电池。
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。
碳材料科学ppt课件
碳纳米管和石墨烯有可能将碳元素的独特性 发挥到极工业：轴承、密封元件、制动元件等； ➢ 电子工业：电极、电波屏蔽、电子元件等； ➢ 电器工业：电刷，集电体、触点等； ➢ 航空航天：结构材料，绝热、耐烧蚀材料等； ➢ 核能工业：反射材料，屏蔽材料等； ➢ 冶金工业：电极，发热元件，坩锅、模具等； ➢ 化学工业：化工设备，过滤器等； ➢ 体育器材：球杆，球拍，自行车等； ➢ …………
第四部分 炭的表面化学（4学时）
第五部分 石墨层间化合物（2学时）
第六部分 炭科学研究的新进展（4-6学时）
一、金刚石薄膜
二、富勒烯与纳米洋葱
三、纳米碳管 四、碳包覆纳米金属晶
考试：2学时
10
考核：
1、出勤计入成绩（权重10%）； 2、平时作业/报告成绩（权重20 %）； 2、期末试卷考试（权重70% ）。
32
第二代 炭材料
★ 烧结炭材料 利用炭的物理性质（导电、耐热、耐腐 蚀、耐摩擦等），用于炭砖、炼钢、炼 铝等（电极、电刷、各种机械、化工用 炭、原子反应堆用炭等）
33
第三代 炭材料
以炭纤维（CF）为代表的新型炭材料(结构 和功能材料)纷纷出现，是炭材料的大发展 时期，也是炭科学形成的时期
34
材料
6
Ordered Mesoporous Carbons from the Carbonization of as-synthesized Silica/Sucrose/Triblock copolymer Nanocomposites
碳的六方有序孔道
7
锂离子二次电池电极材料
电流
正极
隔膜
电子 负极
炭 纤 维
针
状
高导热材料,发泡炭、高级粘
第四部分 炭的表面化学（4学时）
第五部分 石墨层间化合物（2学时）
第六部分 炭科学研究的新进展（4-6学时）
一、金刚石薄膜
二、富勒烯与纳米洋葱
三、纳米碳管 四、碳包覆纳米金属晶
考试：2学时
10
考核：
1、出勤计入成绩（权重10%）； 2、平时作业/报告成绩（权重20 %）； 2、期末试卷考试（权重70% ）。
32
第二代 炭材料
★ 烧结炭材料 利用炭的物理性质（导电、耐热、耐腐 蚀、耐摩擦等），用于炭砖、炼钢、炼 铝等（电极、电刷、各种机械、化工用 炭、原子反应堆用炭等）
33
第三代 炭材料
以炭纤维（CF）为代表的新型炭材料(结构 和功能材料)纷纷出现，是炭材料的大发展 时期，也是炭科学形成的时期
34
材料
6
Ordered Mesoporous Carbons from the Carbonization of as-synthesized Silica/Sucrose/Triblock copolymer Nanocomposites
碳的六方有序孔道
7
锂离子二次电池电极材料
电流
正极
隔膜
电子 负极
炭 纤 维
针
状
高导热材料,发泡炭、高级粘
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我国还进行了La(Sr)MnO3导电性能的研究。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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4.3 前景与挑战
我国研制的航天用AFC与美国同类型Shuttle用AFC相比差距还很大，为 适应我国宇航事业发展，需改进电催化剂与电极结构，提高电极活性 等；
RFC是在空间站用的高效储能电池，随着宇航事业和太空开发的进展， 尤其需要大功率的储能电池，会展现出它的优越性。
1994年，日本分别由日立和石川岛播重工业完成两个100kW、电极面积1平 方米的加压外重整MCFC；
在西欧，德国MTU宣布在解决MCFC性能衰减和电解质迁移方面取得重大突 破；该公司开发的至今世界上最大的280kW单组电池正在运行；
我国从1993年开始进行MCFC的研究，其研究领域包括：LiAlO2粉料的制备 方法， LiAlO2隔膜的制备、以烧结Ni为电极组装了28cm2、110cm2单池，对 单池电性能进行了全面测试。
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燃料电池材料
4.2.4 熔融碳酸盐型燃料电池
熔融碳酸盐型燃料电池(MCFC)的工作温度在650～700,以浸有 (K、Li)CO3的LiAlO2隔膜为电解质。电催化剂无需使用贵金属，以雷尼 镍和氧化镍为主，可用净化煤气或天然气为燃料。
美国从事MCFC研究的有国际燃料电池公司(IFC)、煤气技术研究所(IGT)和能 量研究公司(ERC),1995年ERC公司在加州建立了2MW试验电厂；
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3
燃料电池材料
4.2 几种燃料电池的研究现状
4.2.1 碱性氢氧电池（AFC） 4.2.2 磷酸型燃料电池（PAFC） 4.2.3 质子交换膜型燃料电池（PEMFC） 4.2.4 熔融碳酸盐型燃料电池（MCFC） 4.2.5 固体氧化物燃料电池（SOFC）
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燃料电池材料
4.2.1 碱性氢氧燃料电池
高比功率和比能量、室温下能快速启动的PEMFC作为电动车动力源时， 动力性能可与汽油、柴油发动机相比，而且是与环境友好的动力源；
我国应利用丰富的稀土资源，在MCFC电池材料方面取得突破； 对于SOFC，应主攻中温(800~850)SOFC电池，以减缓SOFC对材料的
需求，其途径之一是制备薄而致密的YSZ膜，另一就是探索新型中温 固体电解质，加速SOFC发展。
由于碱性氢氧燃料电池(AFC)技术的高度发展，该电池已成功应用 于航天飞行中；
美国已成功将Bacon型AFC用于阿波罗(Apollo)登月飞行计划；
德国西门子公司开发了100kWAFC并在艇上试验，作为不依赖空气的 动力源已并获成功；
我国早在60年代末就进行了AFC研究，70年代经历了研制FC的高潮， 已成功研制两种石棉膜型、晶态排水的AFC；
60年代，美国首先将PEMFC用于Gemini宇航飞行；
1983年，加拿大国防部资助Ballard公司发展PEMFC，至今已取得突破性进展；
我国从1995年开始利用AFC技术积累全面开展了PEMFC研究；
我国在70年代研究过以聚苯乙烯磺酸膜为电解质PEMFC，90年代初开展了PEMFC 跟踪研究，在Pt/C电催化剂制备、表征与解析方面进行了广泛的工作。
燃料电池材料
第四章 燃料电池现状与未来
4.1 概述 4.2 几种燃料电池的研究现状 4.3 前景与挑战
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4.1 概述
燃料电池(FC)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(50%~70%)而与 环境友好地转化为电能的装置。其发电原理与 化学电源一样，是由电极提供电子转移场所。 阳极进行燃料(如氢)的氧化过程，阴极进行氧化 剂(如氧等)的还原过程。
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4.2.5 固体氧化物燃料电池
固体氧化物燃料电池(SOFC)是以氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)为固体电解质， 以锶掺杂的锰酸镧(LSM)为空气电极，Ni-YSZ为阳极的全固态陶瓷结构。其 工作温度达900～1000，易与煤气化和燃气轮机等构成联合循环发电。至今 已开发了管式、平板式与瓦楞式等多种结构形式的SOFC。
空气做氧化剂，以浸有浓H3PO4的SiC微孔膜作电解质， Pt/t为电催化剂，产生的直流电经直交变换以交流形式工 给用户。日本东京4500kW的PAFC电厂已经成功运行， PAFC是高度可靠电源，可作为医院、计算机站的不间断电 源。由于PAFC热电效率仅有40％左右，利用价值低，启 动时间长，不适于作移动动力源，因此，近年来国际上对
80年代，美国Westinghouse电气公司首先研究管型SOFC；
德国从1992年重点研究发展了平板式SOFC，至今功率已超过了10kW，局世界领 先地位；
丹麦与澳大利亚分别进行了平板式SOFC开发，日本开发的平板式SOFC功率已达 千瓦级；
我国从1995年开始研究SOFC，先后研究La0.8Sr0.2MnO3/YSZ电极氧还原动力学、 氧空位生成动力学；
它的研究工作减少，寄希望于批量生产，降低售价。
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4.2.3 质子交换膜型燃料电池
质子交换膜型燃料电池(PEMFC)是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。特别适合作移动动力源，是电动汽车和AIP推进潜艇的理想电源之一， 也是军民通用的可移动动力源。
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第五章 质子交换膜型燃料电池材料
5.1 质子交换膜型燃料电池简介 5.2 质子交换膜型燃料电池材料 5.3 电池组技术
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5.1 质子交换膜型电池型材料简介
（1）原理
质子交换膜型燃料电池(PEMFC)是以全氟磺酸 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。
我国在70年代曾组装了10kW、20kW以NH3分解气为燃料的电池组， 并进行了性能测试，80年代研制成功千瓦级水下用AFC；
美国还开发了再生氢氧燃料电池(RFC)拟作为高效储能电池用于空
间站和太空开发，以替代二次化学电源。
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4.2.2 磷酸型燃料电池
磷酸型燃料电池(PAFC)利用天然气重整气体为燃料，
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4.3 前景与挑战
我国研制的航天用AFC与美国同类型Shuttle用AFC相比差距还很大，为 适应我国宇航事业发展，需改进电催化剂与电极结构，提高电极活性 等；
RFC是在空间站用的高效储能电池，随着宇航事业和太空开发的进展， 尤其需要大功率的储能电池，会展现出它的优越性。
1994年，日本分别由日立和石川岛播重工业完成两个100kW、电极面积1平 方米的加压外重整MCFC；
在西欧，德国MTU宣布在解决MCFC性能衰减和电解质迁移方面取得重大突 破；该公司开发的至今世界上最大的280kW单组电池正在运行；
我国从1993年开始进行MCFC的研究，其研究领域包括：LiAlO2粉料的制备 方法， LiAlO2隔膜的制备、以烧结Ni为电极组装了28cm2、110cm2单池，对 单池电性能进行了全面测试。
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4.2.4 熔融碳酸盐型燃料电池
熔融碳酸盐型燃料电池(MCFC)的工作温度在650～700,以浸有 (K、Li)CO3的LiAlO2隔膜为电解质。电催化剂无需使用贵金属，以雷尼 镍和氧化镍为主，可用净化煤气或天然气为燃料。
美国从事MCFC研究的有国际燃料电池公司(IFC)、煤气技术研究所(IGT)和能 量研究公司(ERC),1995年ERC公司在加州建立了2MW试验电厂；
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4.2 几种燃料电池的研究现状
4.2.1 碱性氢氧电池（AFC） 4.2.2 磷酸型燃料电池（PAFC） 4.2.3 质子交换膜型燃料电池（PEMFC） 4.2.4 熔融碳酸盐型燃料电池（MCFC） 4.2.5 固体氧化物燃料电池（SOFC）
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4.2.1 碱性氢氧燃料电池
高比功率和比能量、室温下能快速启动的PEMFC作为电动车动力源时， 动力性能可与汽油、柴油发动机相比，而且是与环境友好的动力源；
我国应利用丰富的稀土资源，在MCFC电池材料方面取得突破； 对于SOFC，应主攻中温(800~850)SOFC电池，以减缓SOFC对材料的
需求，其途径之一是制备薄而致密的YSZ膜，另一就是探索新型中温 固体电解质，加速SOFC发展。
由于碱性氢氧燃料电池(AFC)技术的高度发展，该电池已成功应用 于航天飞行中；
美国已成功将Bacon型AFC用于阿波罗(Apollo)登月飞行计划；
德国西门子公司开发了100kWAFC并在艇上试验，作为不依赖空气的 动力源已并获成功；
我国早在60年代末就进行了AFC研究，70年代经历了研制FC的高潮， 已成功研制两种石棉膜型、晶态排水的AFC；
60年代，美国首先将PEMFC用于Gemini宇航飞行；
1983年，加拿大国防部资助Ballard公司发展PEMFC，至今已取得突破性进展；
我国从1995年开始利用AFC技术积累全面开展了PEMFC研究；
我国在70年代研究过以聚苯乙烯磺酸膜为电解质PEMFC，90年代初开展了PEMFC 跟踪研究，在Pt/C电催化剂制备、表征与解析方面进行了广泛的工作。
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第四章 燃料电池现状与未来
4.1 概述 4.2 几种燃料电池的研究现状 4.3 前景与挑战
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4.1 概述
燃料电池(FC)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(50%~70%)而与 环境友好地转化为电能的装置。其发电原理与 化学电源一样，是由电极提供电子转移场所。 阳极进行燃料(如氢)的氧化过程，阴极进行氧化 剂(如氧等)的还原过程。
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4.2.5 固体氧化物燃料电池
固体氧化物燃料电池(SOFC)是以氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)为固体电解质， 以锶掺杂的锰酸镧(LSM)为空气电极，Ni-YSZ为阳极的全固态陶瓷结构。其 工作温度达900～1000，易与煤气化和燃气轮机等构成联合循环发电。至今 已开发了管式、平板式与瓦楞式等多种结构形式的SOFC。
空气做氧化剂，以浸有浓H3PO4的SiC微孔膜作电解质， Pt/t为电催化剂，产生的直流电经直交变换以交流形式工 给用户。日本东京4500kW的PAFC电厂已经成功运行， PAFC是高度可靠电源，可作为医院、计算机站的不间断电 源。由于PAFC热电效率仅有40％左右，利用价值低，启 动时间长，不适于作移动动力源，因此，近年来国际上对
80年代，美国Westinghouse电气公司首先研究管型SOFC；
德国从1992年重点研究发展了平板式SOFC，至今功率已超过了10kW，局世界领 先地位；
丹麦与澳大利亚分别进行了平板式SOFC开发，日本开发的平板式SOFC功率已达 千瓦级；
我国从1995年开始研究SOFC，先后研究La0.8Sr0.2MnO3/YSZ电极氧还原动力学、 氧空位生成动力学；
它的研究工作减少，寄希望于批量生产，降低售价。
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4.2.3 质子交换膜型燃料电池
质子交换膜型燃料电池(PEMFC)是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。特别适合作移动动力源，是电动汽车和AIP推进潜艇的理想电源之一， 也是军民通用的可移动动力源。
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第五章 质子交换膜型燃料电池材料
5.1 质子交换膜型燃料电池简介 5.2 质子交换膜型燃料电池材料 5.3 电池组技术
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5.1 质子交换膜型电池型材料简介
（1）原理
质子交换膜型燃料电池(PEMFC)是以全氟磺酸 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。
我国在70年代曾组装了10kW、20kW以NH3分解气为燃料的电池组， 并进行了性能测试，80年代研制成功千瓦级水下用AFC；
美国还开发了再生氢氧燃料电池(RFC)拟作为高效储能电池用于空
间站和太空开发，以替代二次化学电源。
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4.2.2 磷酸型燃料电池
磷酸型燃料电池(PAFC)利用天然气重整气体为燃料，