第09章新能源材料.ppt

电极连接材料 电极连接材料必须具备在高温、氧化和还原气氛下必须具备良好的力学性能、化学稳定性、高的电导率和接近钇稳氧化锆的热膨胀系数，目前主要有两类材料：钙或锶掺杂的铬酸镧钙钛矿，耐高温Cr-Ni合金材料。 高温无机密封材料 高温无机密封材料必须具备高温下密封性好、稳定性高以及与固体电解质和连接板材料热膨胀兼容性好等特点。高温密封材料主要有：玻璃材料、玻璃/陶瓷复合材料等。 9.5.2 质子交换膜燃料电池材料 质子交换膜燃料电池是以质子交换膜为电解质的一种燃料电池。质子交换膜主要由阴极板、阴极扩散层、阳极板、阳极扩散层、阳极催化剂层和质子交换膜构成。其关键材料是质子交换膜、电催化剂、扩散层和极板材料等。 （1）质子交换膜 质子交换膜应具备的特点 ※较高的质子导电率； ※良好的力学强度和耐水性； ※良好的电化学稳定性和化学稳定性； ※分隔阳极和阴极阻止电子在膜内传导； ※较低的气体（H2, O2）和甲醇透过性； ※原料易得、价廉能长期使用等。 质子交换膜的种类 目前，人们已经开发了大量的质子交换膜，包括全氟型质子交换膜、有机-无机杂化质子交换膜、全氟离子聚合物/无机材料复合膜、磺化聚酰亚胺质子交换膜、磺化聚醚醚酮质子交换膜、聚砜类聚合物质子交换膜、磺化聚苯并咪唑质子交换膜以及填孔膜等。 （2）催化层材料 催化层是电池的核心组件之一，属于电极的一部分，是发生电子反应的主要场所。催化层的主要材料是电催化剂，Pt基催化剂是目前性能最好的阳极和阴极催化剂。此外，还有雷尼镍、膨化镍、碳化钨、尖晶石和钙钛矿型半导体氧化物、过渡金属、有机鳌合物等。 （3）扩散层材料 碳纤维材料—炭纸或碳布 （4）双极板材料 石墨板、金属板、复合双 极板。 9.2.3 储氢材料的应用 （1）氢化物-镍电池 （2）用于氢的储存、净化及分离 （3）储氢合金氢化物热泵 （4）氢催化剂 （5）氢能汽车 （6）其他方面的应用 9.3 新型二次电池材料 9.3.1 镍氢（Ni/MH)电池材料 镍氢电池是由储氢合金负极，Ni(OH)2正极，氢氧化钾电解液以及隔板组成的可充电电池。与Ni/Cd电池相比，Ni/MH电池具有能量密度高、无镉污染、可大电流快速充放电等优点。 （1）Ni/MH电池的概况 （2）Ni/MH电池的工作原理 （3）Ni/MH电池的电极材料 ※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。 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。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，可以进一步提高正极的放电容量及循环稳定性等性能。 ※负极材料—储氢合金（MH) 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的化学性质相 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。 (4) Ni／MH电池的结构 镍氢电池由氢氧化镍正极，储氢合金负极，隔膜纸，电解液，钢壳，顶盖，密封圈等组成。在圆柱形电池中，正负极用隔膜纸分开卷绕在一起，然后密封在钢壳中的。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。 目前商品Ni／MH电池的形状有圆柱形、方形和扣式等多种类型。 (4) Ni／MH电池的应用 9.3.2 锂离子电池材料 （1）锂离子电池的概况 锂是金属中最轻的元素，且标准电极电位为-3.045 V，是金属元素中电位最负的一个元素。且锂离子可以在TiS2和MoS2等化合物中嵌入或脱嵌。 锂离子电池：用二个能可逆 地嵌入与脱嵌锂离子的化合物作为正负极构成的二次电池。这种靠锂离子在正负极之间的转移来完成电池充放电工作的电池形象地称为“摇椅式电池”，俗称“锂电”。 （2）锂离子电池的优缺点 锂离子电池的优点： ※能量密度高： 100 Wh/Kg以上，为镍镉电池的三倍，镍氢电池的两倍； ※电压平台高：3.6 V，镍基电池为1.2 V； ※低温下工作优：在-20～60℃的温度范围内工作，低温下的工作优于其它电池 ； ※低维护性：没有记忆效应，无需定期放电，最理想的保存方式，就是在40%充电后冷藏保存，可以保