新材料概论课件ppt 第8章 新能源材料.pptVIP

第8章 新能源材料 辽宁石油化工大学机械工程学院 金属材料工程系 连景宝 主 要 内 容 太阳能电池 太阳能电池工作原理 太阳能电池的应用 太阳能电池的构成材料及特性 主要技术路线 有机太阳能电池 有机太阳能电池具有成本低、质量轻、材料来源广泛、制备工艺简单等优势。而较低的转换效率一直是制约其走向产业化的重要因素。 8.2 储氢材料 氢能开发，大势所趋 1) 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 2) 氢的热值高，燃烧产物是水－零排放，无污染，循环利用 3) 氢能的利用途径多－燃烧放热或电化学发电 4) 氢的储运方式多－气体、液体、固体或化合物 体积比较 8.2.1 储氢合金的组成 8.2.2 储氢合金的分类 8.2.4 储氢合金的应用 3） 分离器收氢 利用储氢合金回收工业废气中的氢气，如用MINi5+MINi4.5M0.5二级分离床分离He、H2；氢回收率达99%；分离合成氨生产中的氢气。 4）制取高纯氢气 利用储氢合金对氢的选择性吸收，可制高纯氢，用于电子、光纤工业生产。 5）氢气静压机 通过改变温度，可调控pH2分解压，实现热能、机械能的转换，用作氢化物压缩机，如LaNi5,160℃和15℃循环使用，氢压从0.4MPa增至4.5MPa。 6）氢化物电极 LaNi5、TiNi等阴极储氢能力，促进氢的阴极氧化，可用作阴极电极材料。具有比能量高（Ni-Cd电池的1.5-2倍），无污染，耐过充、过放电，无记忆效应等优点。 稀土储氢材料的市场情况 稀土储氢材料产业发展趋势 稀土储氢材料的主要生产企业 结束语－氢能离我们还有多远？ 氢能作为最清洁的可再生能源，近10多年来发达国家高度重视，中国近年来也投入巨资进行相关技术开发研究 氢能汽车在发达国家已示范运行，中国也正在筹划引进 氢能汽车商业化的障碍是成本高，高在氢气的储存 液氢和高压气氢不是商业化氢能汽车－安全性和成本 大多数储氢合金自重大，寿命也是个问题；自重低的镁基合金很难常温储放氢、位氢化物的可逆储放氢等需进一步开发研究, 氢能之路－前途光明，道路曲折！ 8.3 氢镍二次电池材料 包头稀奥科公司引进国外专利技术发展起来的稀土贮氢合金生产线，年产1500吨，应用镍氢动力电池的生产。 8.4 锂离子电池材料 优缺点 优点： 输出电压高（3.6eV） 能量密度大 自放电小，循环寿命长 无记忆效应，可快速充电 无有毒有害物质 缺点：温度影响电池容量 安全性能不好 应用领域： 消费电子 电动交通工具 大型动力电源 二次充电及储能领域 据德国《汽车与体育》杂志报道，新一代奔驰CLKSmart 电动双座微型车明年将使用锂离子电池。目前的车型使用钠镍氯化物电池。 8.4 锂离子电池材料 表8.3 锂离子电池负极材料的演变过程 锂电行业重点企业 8.5 光催化新能源材料 太阳能是一种辐射能，不带任何化学物质，是最洁净最可靠的巨大能源宝库。辐射到地球大气层的能量仅为总辐射能的22亿分之一，但仍高达1.7×1017W。大约40分钟照射到地球上的太阳能，便足以供全球人类一年的能量消费，可以说太阳能是用之不竭的。 引言 目前的能源结构与现状 （3）半导体光催化制氢热力学原理 5 影响光催化效率的主要因素 (3) 受激电子-空穴对存活寿命： 电子-空穴的复合与其分别参与水的还原和氧化反应是一对竞争反应。 抑制电子-空穴的复合，提高其寿命，是目前提高效率的主要途径。包括： 1) 沉积贵金属。负载Pt、Ru等。 2) 掺杂金属或非金属离子 在半导体价带与导带间形成一个缺陷能量状态，为光生电子提供了一个跳板，可以利用能量较低的可见光激发电子，由价带分两步传输到导带，从而减少光生电子－空穴复合。 5) 光催化剂表面结构的影响 利用对催化剂的表面修饰来增加其表面的缺陷结构，增加比表面积，以提高催化剂的光催化活性。 表面修饰常用的方法有：表面酸化、表面孔化、表面还原等途径。 (4)、逆反应的程度： H2和O2的逆反应可以通过以下途径进行： 1) 在半导体表面已形成的分子H2和O2，以气泡形式留在催化剂上，当它们脱离时气泡相互结合产生逆反应； 2) 己进入气相的H2和O2，在催化剂表面上再吸附并反应； 3) 如果半导体负载了某些金属如Pt等，在该催化剂上产生的氢原子，可通过“溢流”作用与表面所产生的氧原子反应。 (5) 其他因素 1、溶液pH值： 2、光强：低光强下光催化反应速率与光强成线性关系。中等强度的光照下，速率与光强的平方成线性关系。光源与反应物质的距离越小，即光强越强，催化剂的催化活性越高。这是因为随着距离的缩短，照射在反应器上的光