锂离子二次电池.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 1839年Grove利用氫、氧反應生成水，同時有電流產生的原理發明了氫-氧燃料電池，但由於原材料等原因，研究進展十分緩慢。 直到二十世紀六十年代，美國阿波羅太空船為實現登月計畫需要一種不產生廢料的大功率、高能量密度的電源，才使鹼性燃料電池（AFC）在航空航太領域進入實用化階段，但其昂貴的成本限制了其商業化的可能性 半個世紀以來，美國、日本等國投入了大量人力、財力進行燃料電池的研究，相繼開發了磷酸型燃料電池（PAFC）、熔融碳酸鹽型燃料電池（MCFC）和固體氧化物燃料電池（SOFC）。 * * 博能燃料電池 功率: 200W重量: 9kg 亞太燃料電池 功率: 3,000W 重量: 10kg 燃料電池 * 燃料電池汽車 本田新型燃料電池車FCX Clarity投產 燃料電池：效率高，無污染，用於汽車，但質子交換膜與催化劑太貴，目前為$125/kw，內燃機為$30/kw。今後可能會便宜，因無轉動部件，構造簡單。 * BMW745H上採用了4.4LV8氫/汽油雙燃料發動機，輸出功率達135kw，最高時速215km/h最大續航里程達到300km。 * 核能 核能是廉價的清潔能源，核電占世界電能的17％，已建核電裝置400餘座。但是由於核電站的安全與廢料處理問題，目前核電發展受到限制。 * 對於裂變堆材料而言，燃料常常是UO2或UN，慢化劑（中子減速）採用水、重水、鈹和石墨等，控制材料（吸收中子）常用B4C、硼矽酸玻璃、鉿等，冷卻劑（傳熱）一般是水、重水、二氧化碳、氦，反射層（中子）採用鈹、石墨等，遮罩材料（γ射線、熱中子）如鐵、鉛、混凝土、硼鋼，反應堆容器採用高強鋼。 * 核聚變反應燃料是氫的同位素氘、氚及惰性氣體３He（氦-3），氘和氚在地球上蘊藏極其豐富，據測，每1升海水中含30毫克氘，而30毫克氘聚變產生的能量相當於300升汽油。一座100萬千瓦的核聚變電站，每年耗氘量只需304千克。 * 由於原料氘和氚在海水中的豐富蘊藏，核聚變被視為“永久能源” ，也沒有核廢料的威脅（主要生成氦）。核聚變能產生上億度的高溫，雖然用磁場束縛（托卡馬克法）使高溫等離子體不直接接觸材料，但對材料要求還是十分苛刻，如耐中子輻射、耐高溫和抗氫脆等。因此，材料是聚變堆能否實用化的關鍵因素。 * 新能源材料有待解決的課題 （1）提高能量的利用率和轉換率 研究新材料、新結構、新效應以提高能量的利用效率與轉換效率 （2）資源的合理利用 新能源的大量應用必然涉及到新材料所需原料的資源問題。例如，太陽能電池若能部分地取代常規發電，所需的半導體材料要在百萬噸以上，因此，一方面，我們應儘量利用豐度較高的元素，如矽等；另一方面，盡可能地實現薄膜化技術以減少材料的使用量。 * 又如，燃料電池中要使用鉑做催化劑，如何用一種新的材料來代替或者用新的工藝來減少使用這種元素的量，也是必須注意加以解決的課題。 此外，當新能源材料發展到一定規模時，還必須考慮廢料中有價值元素的回收工藝與循環使用的問題。 * （3）安全與環境保護 這是新能源材料能否大規模應用的關鍵。例如，雖然鋰電池具有優良的性能，但由於最初鋰二次電池在應用過程中出現過因短路造成的燒傷事件，因而嚴重影響了它的應用，直到改用碳材料作為負極才使上述問題得以解決。另外，有些新能源材料在生產過程中也會產生三廢（如核廢料）而對環境造成污染，這也是新能源材料必須考慮解決的問題。 * （4）材料規模生產製程與設備 新能源材料進入產業化階段後，材料的製程與設備就成為關鍵的因素，必須滿足高效率、高成品率、高可靠性、環保、低成本的要求。 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 全世界天然能源正在不斷消耗，終將枯竭，尋求新能源的呼聲愈來愈高。 航太領域和現代化武器對高性能二次電池的需求非常迫切，諸如：衛星上需求高功率、輕品質的儲能電池；野戰通信也要求高比熱量、長壽命的小型二次電池等。 * 新型二次電池材料及原理 * 鎳氫二次電池 –工作原理 * Ni／MH二次電池 20世紀60年代末，儲氫合金的發現。 儲氫合金在吸放氫的過程中伴有電化學效應、熱效應等。 1974年開始儲氫合金作為二次電池的負極材料的研究。 1984年解決了合金沖放電過程中容量衰減迅速的問題。 1987年試生產。 * 鎳氫二次電池 1984年實現了利用儲氫合金材料作為負極材料製造出首批Ni／MH電池。美國、日本等國競相研究開發儲氫合金材料和Ni／MH電池。我