新能源材料概论.pptx

新能源及其新材料目录能源分类(1)人类社会对能源的需求不断增加。能源是与人类社会的生存与发展休戚相关的。人类社会的发展伴随着能源消耗的增加。(2)能源结构发生变化。(3)能源应用形态有所改变。(4)矿物能源面临枯竭。（1992世界能源大会）(5)矿物燃烧造成环境污染。（SO2、CO、CO2、NO）（植被、土壤；气候；健康）(7)新材料的几个作用：新材料决定着核反应堆的性能与安全性。材料的组成、结构、制作、加工工艺决定着投资与运行成本。如：太阳电池材料决定着光电转换效率；燃料电池的电极材料决定着电池的质量和寿命；材料的制备工艺又决定着能源的成本。(8)能源材料的概念及分类能源现状与发展问题我国石油产品需求预测无穷大二氧化碳是化石能源的最终排放形态汽车油耗占汽柴油诮费的比例(2002)2020年原油需求控制在4.5亿吨，至少进口2.5亿吨，对外依存度65%汽车保有量应控制在1亿辆(现有2400万辆)2004年，产量500万辆，到2010年预计汽车年产量达到800到1000万辆在北京、上海等大城市，空气污染的60%来自汽车排放二氧化碳的全球排放量中，中国居第二CO2大量排放带来的最直接危害就是产生温室效应！“温室效应”使地球变暖带来的严重后果A、根据IPCC的预测，2050年地球的平均气温将增加2.5±1℃B、专家认为：近100年来，全球年平均气温上升了0.6℃。预计到2100年，全球年平均气温将比1990年上升1.5－3.5℃C、美国皮尤全球气候变化研究中心发表的一份报告估计，到2100年全球气温将升高1.3-4.6摄氏度，并导致海平面升高17-99厘米。D、全球森林面积迅速下降，现有森林已无法吸收各国所排放的二氧化碳，已使大气层中二氧化碳含量迅速增加，整个气候状况已经进入恶性循环状态。E、气候变暖有可能导致极地冰帽迅速融化，进而使海平面上升，引发大规模洪水。在地球历史上发生于15万年前的冰川期则只是因为在2万年内地球气温升高5℃所造成的。温室效应还会造成极端降水（暴雨、暴雪）、飓风、山崩及泥石流等“非常事件”将频繁出现。专家们注意到，在过去几年里，衡量气候变化的“非常事件指数”（ExtrenmeEventlndex）不断攀高，由于气候变化而引起的自然灾害随时可能出现。G.温室效应造成厄尔尼诺现象频繁发生，气候异常、危害严重化石能源及其现状美国和欧洲各国在1974-1975年和1979-1982年爆发了两次特能源危机不依赖石油的电动汽车自然再次成为研究的热点锂离子电池的特点不断涌现的电子新产品需要性能更优的电源如：Apple公司出品iPodphoto播放音乐最长达15小时；播放有音乐的幻灯片最长达5小时APPLE的iBook需用容量为:3300mAh，10.8V的锂离子电池市场期待己久的电动车需要功率更大的电池，因而出现了第二代的锂离子电池第二代锂离子电池的特征：大容量、高电压、长寿命、低价格第二代锂离子电池的R&D;以美囯能源部车用技术办公室支持的“先进运输用电池”项目（BATT）代表一、第二代锂离子电池★正极LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2材料；xLi2M′O3·(1-x)LiMO2复合材料，其中M′=Mn,Ti,Zr,Ru，M=Li,MnNi,Co（替代LiCoO2）xLi2M′O3·(1-x)LiMO2，容量达190mAh/g(50℃，100次充/放电)；xLi2M′O3·(1-x)LiMO2，容量达300mAh/g(4.6～1.45V)★负极a镀碳石墨负极；bSn、Sb基中间金属化合物负极：如Sn箔，它比Cu6Sn5好，在100次充/放电下可逆电化学容量大于300mAh/g(2000mAh/ml)★比功率(18秒内放电)：900w/kg；★能量密度：1450w/l；★比能量：75wh/kg；★循环寿命(25wh次)：300,000；★使用寿命：15年；★售价：但高于计划指标2-4倍一、第二代锂离子电池一、第二代锂离子电池一、第二代锂离子电池超级电容器Supercapacitor（与蓄电池相似而又不同的一类储能器件或储能装置）★电容量比传统电容器大20—200倍；充放电能力大——放电电流>200A；充放电速度快循环寿命长维护简单★电池+超级电容器：可提供高的电能量和电功率，满足电动汽车启动、加速、爬坡、制动之大功率需求超级电容器产品的性能与主要应用领域动力型超级电容器★根据电极材料命名有：碳电极电化学电容器：电极材料：活性碳，碳基聚合物，碳纳米材料；电解质：H2SO4水溶液或有机电解质或含有四烃基氨盐的固体电解质（其比表面积达1000m2/g）双电层间距离：2—3A；贮存容量：200—500F/g；产品电容器的比功率密度；4000W/kgC电极表面双电层形成示意图二、超级电容器导电聚合物电极电化学电容器：电极材料：可