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《新能源材料》新型二次电池材料(课堂PPT)

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新能源之氢能ppt课件

新能源之氢能ppt课件
• 美国能源部(DOE)启动了一系列氢能研 究项目。2001年以来，美国政府将发展 氢能作为其能源政策的一个重要方面， 先后制定了多项氢能研究计划，以实现 向氢经济的过渡。
• 2004年2月，美国能源部出台了《氢态 势计划：综合研究、开发和示范计划》。
• 氢经济必须经历4个相互重叠、关联的阶 段： – 技术研发与示范(2000—2015年) – 前期市场渗透(2010—2025年) – 基础设施建设与投资(2015—2035年) – 氢经济实现(2025—2040年)
• 氢燃料电池工作原理：
• 氢燃料电池的应用：
•
把化学能直接转化为电能供机械应用
采 用 氢 燃 料 电 池 的 实 验 车
• 在旧金山召开的英特尔开发商论坛上， 千年电池公司向人们展示了一台运行原 型氢燃料电池的电脑。目前绝大多数笔 记本电脑在电池充满情况下可工作三到 四小时。
• 迄今，千年电池的 工作时间仅有三小 时，但是公司的开 发目标是将电池性 能提高到八小时。
• 但随后二十年间中东形势趋缓、原油价格 下跌，石油依旧成为交通运输业的首要选
择，因此对于氢经济发展的相关研究渐少。 直到1990年代末期气候变化（全球变暖 等）问题引起重视以后，氢能与氢经济又 再度成为世界各国研究的热点。
（1）美国氢经济发展战略：
• 美国在1990年就通过了氢能研究与发展、 示范法案。
因此利用常规能源生产的电能来大规模 的电解水制氢显然是不合算的。
• 热化学制氢
• 这种方法是通过外加高温热使水起化学 分解反应来获取氢气。
• 到目前为止虽有多种热化学制氢方法， 但总效率都不高，仅为20％～50％，而 且还有许多工艺问题需要解决。依靠这 种方法来大规模制氢还有待进一步研究。

《能源材料-新型二次电池材料》_2023年学习资料

《能源材料-新型二次电池材料》_2023年学习资料

氢的储存方法-一种方法是高压下液化为液氢。-在常压下，氢气必须降温至-252度才能变成液体，这种方法成本，而且储存液氢要有极好的绝热设备一托瓦瓶。液氢易逸散渗-漏，会酿成严重火灾和爆炸事故。-另一种方法是用某些 属或合金来储存氢。-氢有一个奇持的性质，它会与某些过渡金属或合金形成金属氢化-物，如1体积胶状Rh能吸收2 00体积氢气。储氢合金的共同特点-是在低温低压下能够可逆地吸收、释放氢。（当温度升高或体系-氢压降低时，它 就放出氢具有储存量高、可逆、安全等优，点。-13
镍氢电池的电极反应-Charge-Positive electrode:NiOH2+OH-NiOOH+H2 +e-discharge-Negative electrode:M+H2O+e MHab+OH--disc arg能-Overall reaction NiOH2+M NiOOH+MH-M:hydrogen-abs rbing alloy;Hab absorbed hydrogen-12
镍氢电池的优、缺点-■它的初始成本较高，有爆炸的可能性。-■这种电池的突出优点是循环寿命长，1977年起地球同步轨道条件下工作寿命超过10年。电-池自放电速度较大。它承受过充电和过放电的-能力很强-■绿色电池。 ■镍氢电池的前景十分乐观，最终将在航天领域-取代镉镍电池。-16
长期不用的电池保存和恢复方法-镍镉电池和镍氢电池特性不同，保存方法不同。-镍镉电池应将电用完保存，所以一般 镍镉电池是-基本没有电的，需要自己来充。采用正确的充电方-法，大概需要充放3一5次才能将电池恢复到最佳状。-镍氢电池要长期保存前，应该充电到80%左右保存。-因此新的镍氢电池有一些电，因为厂家已经预充电，-防止 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2一3次就可以恢 到最佳状态。-17

课题二 新能源汽车动力电池 ppt课件

课题二 新能源汽车动力电池 ppt课件

三、电池的性能参数
1. 电压(V)
电池电压参数包括电动势、开路电压、工作电压、额定电压和截止电压等。 电动势：电池正负极之间的平衡电极电位差。 开路电压：电池在开路时的端电压，等于正极电位与负极电位之差。 工作电压：分为放电电压和充电电压。 额定电压：电池在标准规定的条件下工作时应达到的电压，可作为验收电池 质量和电池选用的依据。 截止电压：分为放电截止电压和充电截止电压。
技能要求
1.能够描述各电池的机构组成； 2.能够描述各电池的工作原理； 3.能够分析各电池的放电特性。
任务一 电池概述
一、电池的分类
化学电池常见的分类方法有三种： ①按电解液种类分类。 ②按电池所用正、负极材料的不同。 ③按工作性质和储存方式的不同。
二、电池的工作原理
电池基本工作原理如图2-3所示。
任务三 锂电池
一、锂电池简介
1. 锂金属电池
锂金属电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的 电池。
2. 锂离子电池
锂离子电池指的是以两种不同的能够可逆地插入及脱出锂离子的嵌锂化合 物分别作为电池正极和负极的二次电池体系。
二、锂电池的结构
锂离子电池的结构如图2-13所示。
三、锂离子电池的工作原理
四、镍氢电池的正极材料
镍氢电池的正极以质量轻、孔隙率高的泡沫镍作为电极基体，起导电和电 极骨架的作用，泡沫镍的使用可增加电池容量。
泡沫镍基体的要求： ①为增加活性物质填充量，要求有足够高的孔隙率。 ②有合理的孔隙结构。 ③有足够的强度，好的延伸率，良好的反复弯曲性能。 ④有大的比表面积，质量分布均匀，以利于基体与活性物质颗粒的接触和 电极反应的进行。 ⑤良好指充满电的电池在指定的条件下放电到终止电压时输出的电量。

2.材料科学进展新能源材料2

2.材料科学进展新能源材料2

工作原理
2.锂离子电池结构及工作原理
各类锂电池产品
LIB工作原理
锂离子电池是由两 个能可逆的嵌入与脱 嵌的锂离子的化合物 作为正负极构成的二 次电池。充电时,锂离 子从正极中脱嵌, 在负 极中嵌入, 放电时反之。
LIB电池涉及的材料
正极材料； 负极材料； 电解质材料； 聚合物隔膜； 正负极导电添加剂； 正负极活性物质； 电池壳； 密封件； 防爆片
LIB电池负极材料
1、金属锂 解决金属锂负极不稳定的方法： 1）寻找新的负极材料； 2）采用聚合物电解质避免Li与有机溶剂反应； 3）改进有机电解液配方。
LIB电池负极材料
2、锂合金 • 各种常见锂合金材料：LiAl, LiPd, LiSn, LiBi, LiIn, LiAlFe, LiAlB, LiSi等。
2、有机太阳电池 3、光化学太阳电池
太阳能电池材料
电池种类
单晶硅 多晶硅 硅多晶薄膜 非晶硅 GaAs CdS/CdTe 硒镓铟铜
转换效率（%）
24 19 12 10 30 15 14
太阳能电池材料
空间电源系统的面积 随太阳能电池转换效 率的提高而不断减小
DJ:GaInP/GaAs/Ge
太阳能电池材料
LIB电池正极材料
LIB电池正极 材料不仅作为电 极材料参加电化 学反应，而且可 作为离子源。大 多为含锂的过渡 族金属化合物。
LIB电池正极材料及其放电电位
LIB电池正极材料

三种主要的LIB电池正极材料LiCoO2, LiNiO2和 LiMn2O4的性能对比
理论比 密度 实际比容 量 容量 （mAh/g) （mAh/g) (g/cm3)
锂离子电池
笔记本电脑及其锂离子电池

新型二次电池材料讲解

新型二次电池材料讲解

Ni/MH电池的工作原理 充电终止控制方法
综合控制
上述各种控制方法各有优缺点。为了 保证在任何情况下，均能准确可靠地控制 电池的充电状态，目前快速充电器中通常 采用包括定时控制、电压控制和温度控制 的综合控制法。
Ni/MH电池的工作原理
正极材料
Ni／MH电池的容量为正极所限制，进一步改 进球形Ni(OH)2正极材料的性质对于提高电池的综 合性能有重要意义。对正极材料的研究与开发着重 在，通过材料制备技术的研究，进一步控制 Ni(OH)2的形状、化学组成、粒径分布、结构缺陷 及表面活性等，从而进一步提高正极的放电容量及 循环稳定性等性能。
Ni/MH电池的工作原理
负极材料
含氢合金含藏了近乎体积600～1000倍的氢。为了发挥作为电池负极的 功能，除含氢能力巨大外，还要求以下几点： ①氢的释放速度快，催化活性高，电极反应的可逆性好； ②在电池可使用的温度范围内，氢压（氢平衡压）低； ③对氢的吸入、放出产生的劣化少，不会导致合金成为粉末或弯向一边； ④在较宽的温度范围内，具有较大电化学容量； ⑤能稳定生产，初期活化次数要少。
1、新型二次电池及材料
主要内容： 1、二次电池简介； 2、镍氢二次电池：包括原理、结构、工艺及应用现状； 3、锂离子二次电池：包括原理、结构、工艺及应用现状；
镍氢电池
锂离子电池
1.1 二次电池简介
一次电池或原电池：电池能放电，当电池电力用尽时无 法再充电的电池。
市场卖的碱性电池，锰锌电池，水银电池，都是一 次性电池。一次电池又称原电池，只能用来放电且在放 电后，不能用一般的充电方法获得复原的电池，它只能 将化学能一次性地转化为电能，不能将电能还原回化学 能。
最高电压（Vmax）： 从充电特性曲线可以看出，电池电压达到最大值时， 电池即充足电。充电过程中，当电池电压达到规定值后，应立即停止快速 充电。这种控制方法的缺点是：电池充足电的最高电压随环境温度、充电 速率而变，而且电池组中各单体电池的最高充电压也有差别，因此采用这 种方法不可能非常准确地判断电池已足充电。 电压负增量（－ΔV）：由于电池电压的负增量与电池组的绝对电压无关， 而且不受环境温度和充电速率等因素影响，因此可以比较准确地判断电池 已充足电。这种控制方法的缺点是：电池电压出现负增量后，电池已经过 充电，因此电池的温度较高。此外镍氢电池充足电后，电池电压要经过较 长时间，才出现负增量，过充电较严重。 电压零增量（0ΔV）： 镍氢电池充电器中，为了避免等待出现电压负增量 的时间过久而损坏电池，通常采用0ΔV控制法。这种方法的缺点是：充足 电以前，电池电压在某一段时间内可能变化很小，从而造成过早地停止快 速充电。为此，目前大多数镍氢电池快速充电器都采用高灵敏－0ΔV检测， 当电池电压略有降低时（一般约为10mV），立即停止快速充电。

新能源完整ppt课件

新能源完整ppt课件
渗透压与盐差和温度成正比。盐差蕴藏的功率 等于渗透压与渗流流量的乘积。通常在河水和海水 交界处，渗透量为1m3/s时，则会有2500W左右的潜 在功率，相当25个大气压所具有的能量。
盐差能的利用主要是盐差发电。其方式有直接 耦合式、外混式、内混式等几种。
可编辑课件
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（5）海流能
海水在海中沿水平方向或垂直方向上大规模流 动称为海流。海流没有明显的边界，但总是沿一定 路线稳定运动，或成线，或成圈，还有的绕流，可 以在接近海面，也可以海中某深度发生。海流的能 量由热能和动能组成，可利用的首先是动能，动能 的功率与流速的立方成正比。据估计，全世界海流 能拥有量约50亿千瓦。
32
风能的应用
可编辑课件澳大利亚风力发电 33
风能的应用
可编辑课件
34
四、核能
1、原子核能
原子核能是原子核结构发生变化时释放出的能量，习惯上称
作核能或原子能。
原子核的变化过程有两种：一种是自发的变化过程，叫放射
性锐变。地球上由放射性锐变释放的原子核能在地球内部可以
转变为地热。另一种是人工制造的变化过程，叫核反应。
人民生活的质量，获得显可著编辑的课件经济和环保效益。
2
❖ 美国：风能首当其冲 ❖ 日本：太阳能铺就新能源路 ❖ 英国：风能核能并举 ❖ 丹麦：靠风“驱动”的国家 ❖ 芬兰：生物能源独辟蹊径 ❖ 冰岛：利用地热不再依赖石油 ❖ 挪威：借风发展“氢经济”
可编辑课件
3
一、太阳能
二、海洋能
三、风能
四、核能
对太阳能的利用，有间接利用与直接利用两种。间接利 用是利用由太阳能转化的其他能量，如生物质能、化石能、 风能、水能、海洋能等。人类对太阳能的开发时直接利用太 阳能，主要有：光热转换、光电转换和光化学转换。
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➢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。
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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。
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1.1 锌锰干电池 锌锰干电池结构图
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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。
7
铅蓄电池的电极反应
8
9
10
发展中的新型二次电池
镍氢电池
锂离子电池
11
1.3 金属氢化物镍电池
镍氢电池是新型的二次电池。 20世纪60年代末，发现储氢合金。储氢 合金在吸放氢的过程中伴有电化学效应、 热效应等。 1974年开始储氢合金作为二次电池负极 材料。 1987年试生产镍氢电池。 1990年，镍氢电池商业化。
+ 0 .4 0 1 -0 .8 2 9 ＋ 1 .2 3
-0 .8 2 9 -0 .8 2 9
0
当电池充满电后再继续 充电属于过充，由于正 极Ni(OH)2已基本全部 转化为NiOOH，电池 电位在此一温度达到平 衡值（最大值），此时 外部的恒定电流过充使 OH-氧化而产生氧气。
该反应产生的热量很 多，是导致电池整个体 系温度升高。故此时温 度存在急剧上升的现象。
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3）结构
圆柱形Ni／MH电池的结构示意
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在圆柱形电池中，正负极用隔膜纸分开卷绕在一起，密封在钢壳中。 在方形电池中，正负极由隔膜纸分开后叠成层状密封在钢壳中。
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长期不用的电池保存和恢复方法
➢镍镉电池和镍氢电池特性不同，保存方法不同。
➢镍镉电池应将电用完保存，所以一般新镍镉电池 是基本没有电的，需要自己来充。采用正确充电方 法，需要充放3－5次才能将电池恢复到最佳状态。
能量密度低 不太安全
液化储氢：
能耗高，常压下氢必须降温到摄氏零下 253℃才会变成液体
对储罐绝热性能要求高，保护层隔热设 备—托瓦瓶，防止液氢沸腾汽化。
液氢易逸散渗漏，会酿成火灾和爆炸事故。
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固态储氢的优势：
体积储氢容量高 无需高压及隔热容器 安全性好，无爆炸危险 可得到高纯氢，提高氢的附加值
镍氢电池的反应
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氢能开发
氢是自然界中最普遍的元素，资源 无穷无尽－不存在枯竭问题
氢和氧结合生成水。 －不存在污染问题，可
循环利用
1g氢燃烧后放出143 kJ热量。 －热值高
氢能的利用途径多－燃烧放热或电化学发电 氢的储运方式多－气体、液体、固体或化合物
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不同储氢方式的比较
气态储氢：
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图8 Ni／MH电池典型的温度曲线
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镍氢电池的优、缺点
循环寿命长，充放电 500次。 电池自放电速度较大，大电流快速充放电。 Ni／MH电池工作电压1.2V，与Ni／Cd电池具
有互换性等独特优势。 绿色电池，镍氢电池前景乐观，取代镍镉电池。 初始成本较高。 有爆炸的可能性。
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氢的储存方法-用某些金属或合金来储存氢
➢氢的奇特性质，它会与某些过渡金属或合金形成金属氢化物。
➢常温下，1体积海绵钯可吸收900体积氢气，1体积胶体钯可 吸收1200体积氢气，1体积胶状铑能吸收2900体积氢气。
氢电极 电池反应
2H 2O + 2e- 2O H - + H 2 氧氢化学复合
1 /2 O 2 + H 2 H 2O
总反应 不发生
镍 电 极 H 2O + e- O H - + 1 /2 H 2
氢 电 极 1 /2 H 2 + O H - e- + H 2O
总反应 不产生
E (V ) + 0 .4 9 0 -0 .8 2 0 1 .3 1 9
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2） 电极材料 正极材料—球形Ni(OH)2
正极材料 Ni(OH)2是涂覆式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+
电极放电时NiOOH逆变成Ni(OH)2， Ni3+还 原成Ni2+ 。
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负极材料－储氢合金(MH)
用于Ni／MH电池负极材料的储氢合金应满足下述条件： (a) 电化学储氢容量高； (b) 在热碱电解质溶液中合金组分化学性质相对稳定； (c) 反复充放电过程中合金不易粉化； (d) 合金应有良好的电和热的传导性； (e) 原材料成本低廉。
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镍氢电池由正极，负极，隔膜纸，电解液，钢 壳，顶盖，密封圈等组成；
氢氧化镍正极，储氢合金负极；正负极用隔膜 纸分开卷绕在一起，密封在钢壳中；
电解质由水溶液组成，其主要成分为氢氧化钾。 KOH不仅起离子迁移电荷作用，而且参与了电 极反应；
利用氢的吸收和释放的电化学可逆反应。
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1）工作原理