新能源材料01新型二次电池材料.ppt

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
第1篇 新型二次电池材料
1
整理ppt
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。
第1章 前景乐观，取代镍镉电池。
初始成本较高。
有爆炸的可能性。
22
整理ppt
镍氢电池的反应
23
整理ppt
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
24
整理ppt
不同储氢方式的比较
气态储氢：
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。
25
整理ppt
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
26
整理ppt
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。
在一定温度和压力下，贮氢合金能多次吸收、贮存和释放氢气，像海绵吸水一样，大量吸氢。
贮氢合金中的一个金属原子能在低温低压下和两、三个甚至更多氢原子结合，生成稳定的金属氢化物，同时放出热量。
当温度升高或体系氢压降低时，氢化物发生分解，吸收热量后，又可将吸收的氢气释放出来。
贮氢合金具有储存量高、可逆、安全等优点。
27
整理ppt
储氢合金材料
28
整理ppt
金属的晶体结构
（Crystal Structure of Metals）
体心立方点阵
面心立方点阵
密排六方点阵
29
整理ppt
面心立方晶胞
晶格常数：a=b=c；
===90
晶胞原子数：
原子半径r：
4
致密度=Va /Vc，
Vc:晶胞体积a3
Va:原子总体积44r3/3
致密度：
30
整理ppt
31
整理ppt
体心立方晶胞
晶格常数：a=b=c；
===90
晶胞原子数：
原子半径r：
致密度=Va /Vc，其中
Vc:晶胞体积a3
Va:原子总体积24r3/3
致密度：
2
32
整理ppt
33
整理ppt
密排六方晶格
晶格常数
底面边长a
底面间距c
侧面间角120
侧面与底面夹角90
晶胞原子数：
原子半径r：a/2
致密度：
6
34
整理ppt
35
整理ppt
Position for H occupied at HSM
研究显示，在这三类晶体结构中，八面体和四面体的位置是氢能稳定存在的位置；
在fcc和hcp结构中具有一个八面体位置和两个四面体位置；
在bcc结构中分别为三个八面体位置和六个四面体位置；
在fcc结构中，对于原子半径小的金属(镍、铬、锰和钯)氢倾向于进入晶格的八面体位置；
在hcp结构的晶体，即原子半径大的金属(锆、锶、钇、稀土金属），氢主要进入四面体位置。
在bcc结构中(钒、铌、钽等)，氢进入四面体位置；
36
整理ppt
Position for H occupied at HSM
Hydrogen on Tetrahedral Sites
Hydrogen on Octahedral Sites
37
整理ppt
稀土镧镍系储氢合金
典型代表：LaNi5 ,荷兰Philips实验室首先研制
特点：
活化容易
平衡压力适中且平坦，吸放氢平衡压差小
抗杂质气体中毒性能好
LaNi5粉化严重，仅10次循环，就由20目粉化至400目。
(Mm混合稀土，主要成分La、Ce、Pr、Nd)广泛用于镍/氢电池
38
整理ppt
LaNi5中氢原子位置
为氢在LaNi5中的位置，氢在Z=0和Z=1/2平面各可进入三个，形成的氢化物为LaNi5H6，并使晶格膨胀约23%，导致晶格变形，形成裂纹和晶体粉化。
39
整理ppt
钛铁系储氢合金
典型代表：TiFe，美Brookhaven国家实验室首先发明
价格低
室温下可逆储放氢
TiFe不易粉化
易被氧化
活化困难，需高温高压(450℃，5MPa)。
抗杂质气体 (如