新能源材料知识点整理

1、新能源材料知识点sa能源按形成方式不同分为一次能源和二次能源； 按循环方式不同分为可再生能源和不可再生能源； 按使用性质的不同分为含能体能源和过程能源； 按环境保护的要求分为清洁能源和非清洁能源； 按现阶段的成熟程度分为常规能源和新能源。新能源：相对于常规能源而言，以采纳新技术和新材料而 获得，在新技术基础上系统的开发利用的能源。金属氢化物镣电池的工作原理金属氢化物镣电池的正极活性物质采纳氢氧化镣，负极活性 物质为储氢合金，电解液为碱性水溶液，其基本电极反应为：M为储氢合金，MH为储有氢的储氢合金。电池的充放电过程可以看作是氢原子或质子从一个电极移 到另一个电极的往复过程。在充电过程中，通过电

2、解水在电极表 面上生成的氢不是以气态分子氢形式逸出，而是电解水生成的原 子氢直接被储氢合金汲取，并向储氢合金内部扩散，进入并占据 合金的晶格间隙，形成金属氢化物。在充电后期正极有氧气产生 并析出，氧透过隔膜到达负极区，与负极进行复合反应生成水。新能源：太阳能、氢能、核能、生物质能、化学能源、风 能、地热能、海洋能、可燃冰。储氢合金电极材料的主要特征：（1 ）储氢合金的可逆储氢容量较高，平XX压力适中，对 氢的阳极氧化具有良好的电催化性能（2）在氢的阳极氧化电位范围内，储氢合金具有较强的抗 氧化性能（3）在强碱性电解质溶液中，储氢合金组分的化学状态相 对稳定（4）在反复充放电循环过程中，储氢合金

3、的抗粉化性能优 良（5）储氢合金具有良好的电和热的传导性（6）合金的成本相对低廉目前研究的储氢合金负极材料主要有B5型稀土镣系储氢合金、B2型 Lves相合金、2B型镁基储氢合金以及V基固溶体型合金等类型。影响B5型储氢合金电极材料性能的因素：（1）合金的化学成分与电 极性能（2 ）合金的表面改善处理与电极性能（3）合金的组织结构 与电极性能锂离子电池的工作原理？答：充电过程中，锂离子从正极材料中脱出，通过电解质扩 散到负极，并嵌入负极晶格中，同时得到由外电路从正极流入的 电子，放电过程则与之相反。正负极材料一般均为嵌入化合物， 在这些化合物的晶体结构中存在着可供锂离子占据的空位。空位 组成1

4、维2维或3维的离子运输通道。例如LiCoO2和石墨为 具有2维通道的层状结构的典型嵌入化合物，分别以这两种材料 为正负极活性材料组成锂离子电池电极反应为：电化学性能的因素：影响高密度球形Ni（OH）2（1）化学组成的影响（2）粒径与粒径分布的影响（3）表面状态的影响（4）微晶晶粒尺寸及缺陷的影响锂离子电池特点：（1）工作电压高（2）能量密度高（3） 能量转换效率高（4）自放电率小（5）循环寿命长（6）具有高 倍率充放电性（7）无任何记忆效应，可随时充放电（8）不含重金属及有毒物质，无环境污染，是真正的绿色能源一次电池：只能进行一次放电的电池，不能进行充放电 而再利用。12二次电池：可以进行多次

5、充放电而可以多次使用的电池。锂离子电池负极材料选择要求：（1）锂离子在负极基体中的插入氧化还原电位尽可能低， 接近金属锂的电位，从而使电池的输出电压高（2）在基体中大量的锂能够发生可逆插入和脱插以得到高 容量密度，即可逆的x值尽可能大（3）在整个插入/脱插过程中，锂的插入脱插应可逆且主体 结构没有或很少发生变化，这样可确保良好的循环性能（4）氧化还原电位随x变化应该尽可能少，这样电池的电 压不会发生很大变化，可保持平稳的充电和放电（5）插入化合物应有较好的电子电导率和离子电导率，这 样可以减少极化并能进行大电流充放电（6）主体材料具有良好的表面结构，能够与液体电解质形 成良好的SEI膜（7）插

6、入化合物在整个电压范围内具有良好的 化学稳定性，在形成SEI膜后不与电解质等发生反应（8）锂离子在主体材料中具有较大的扩散系数，便于快速 充放电（9）主体材料应廉价，对环境无污染。锂离子正极材料选择要求：（1）锂离子在嵌入化合物中应具有较高的氧化还原电位， 从而使电池的输出电压较高（2）在嵌入化合物中大量的锂能够发生可逆嵌入和脱嵌以 得到高容量（3）在整个插入/脱插过程中，锂的插入脱插应可逆且主体 结构没有或很少发生变化，这样可确保良好的循环性能（4）氧化还原电位随x变化应该尽可能少，这样电池的电 压不会发生很大变化，可保持平稳的充电和放电（5）插入化合物应有较好的电子电导率和离子电导率，这

7、样可以减少极化并能进行大电流充放电（6）插入化合物在整个电压范围内具有良好的化学稳定性， 在形成SEI膜后不与电解质等发生反应（7）锂离子在电极材料中具有较大的扩散系数，便于快速 充放电（8）主体材料应廉价，对环境无污染。二次锂电池电解质材料应具备的性能：（1）锂离子电导率高（2）电化学稳定性高，在较宽的电位范围内保持稳定（3）与电极的兼容性好，在负极上能有效的形成稳定的SEI 膜，在正极上在高电位条件下有足够的抗氧化分解能力（4）与电极接触良好，对于液体电解质而言，应能充分浸 润电极（5）低温性能良好，在较低的温度范围内能保持较高的电 导率和较低的粘度，以便在充放电过程中保持良好的电极表面浸

8、 润性（6）宽的液态范围（7）热稳定性好，在较宽的温度范围内不发生热分解（8）蒸汽压低，在使用温度范围内不发生挥发现象（9）化学稳定性好，在电池长期循环和储备过程中，自身 不发生化学反应，也不与正极、负极、集流体、黏结剂、导电剂、 隔膜、包装材料、密封剂等材料发生化学反应（10）无毒，无污染，使用安全，最好能生物降解（11）制备容易，成本低。电解质材料的分类：（1）非水有机液体电解质（2）聚合 物电解质（3）无机固体电解质燃料电池：是一种在等温下直接将储存在燃料和氧化剂 中的化学能高效而又环境友好的转化为电能的发电装置质子交换膜型燃料电池的原理和特点原理：质子交换膜型燃料电池（PEMFC）以全

9、氟磺酸型固 体聚合物为电解质，以Pt/C或Pt-Ru/C为电催化剂，以氢或净 化重整气为燃料，以空气或纯氧为氧化剂，并以带有气体流动通 道的石墨或表面改性金属板为双极板。PEMFC中的电极反应雷同于其他酸性电解质燃料电池。阳 极催化层中的氢气在催化剂作用下发生电极反应。产生的电子经外电路到达阴极，氢离子经电解质膜到达阴极。 氧气下氢离子及电子在阴极发生反应生成水。生成的水不稀释电解质，而是通过电极随反应尾气排出。构成PEMFC电池的关键材料与部件为电催化剂、电极、质 子交换膜、双极板材料及其流场设计。特点：PEMFC除具有燃料电池一般特点（如能量转化效率 高、环境友好等）夕卜，还具有可在室温下

10、快速启动、无电解液流 失、水易排出、寿命长、比功率与能量高等突出特点。（93页）熔融碳酸盐燃料电池的工作原理。答：构成MCFC的关键材料与部件为阳极、阴极、隔膜和 集流板或双极板。电极反应：由电极反应可知MCFC电池的导电离子为CO32-,此电池与其他类型燃料电池的区别是，在阴极CO2为反应物，在阳极CO2为产物，因此，电池工作过程中CO2在循环。为确保电池稳定连续工作，必须使阳极产生的CO2返回到阴极，一般做法是：将阳极室排出的尾气燃烧，消除其中的氢和一氧化碳，经分 离除水，再将CO2返回到阴极。（101-102页）固体氧化物燃料电池的工作原理。固体氧化物燃料电池（SOFC）以固体氧化物作为

11、电解质。这种氧化物在较高温度下具有传递O2-的能力，在电池中起传递 O2-和分离空气、燃料的作用。在阴极（空气电极）上，氧分子得到电子，被还原成氧离子，即O2+4e-2O2-。氧离子在电池两侧氧浓度差驱动力的作用下， 通过电解质中的氧空位定向跃迁，迁移到阳极（燃料电极）上与燃料进行氧化反应，即2O2-+2H2-2H2O+4e 或 4O2-+CH4-2H2O+CO2+8e电池总反应：2H2+O2-2H2。或CH4+2O2-2H2O+CO2燃料电池按电解质的不同分类：碱性氢氧燃料电池、磷 酸型燃料电池、质子交换膜型燃料电池、熔融碳酸盐型燃料电池、 固体氧化物燃料电池22太阳能电池根据所用材料的不同

12、可分为硅太阳能电池、 多元化合物薄膜太阳能电池、有机半导体太阳能电池及纳米晶太 阳能电池等类型太阳能电池按结的构成可分为同质结太阳能电池、异质结太 阳能电池、肖特基结太阳能电池、液结太阳能电池太阳能电池按结晶状态可分为单晶、多晶、薄膜、绒面和非 晶态等太阳能电池23太阳能电池的特点：（1）太阳能无公害，是一种取之不尽用之不竭的清洁能源（2）有太阳的地方便可发电，因此使用方便（3）结构简单，无可动部分、无机械磨损，因此使用寿命 较长（4）太阳能电池能直接将光能转换成电能，不会产生废气、 有害物质等，发电时无噪声，治理和维护简便（5）太阳能电池的发电随入射光、季节、天气、时刻等的 变化而变化，夜间

13、不能发电（6）太阳光强的变化对于太阳能电池的输出电压影响较小， 也就是说其输出电压比较平稳，很适合蓄电池的充电（7）所产生的电是直流电，并且无蓄电功能，要有充电的 蓄电池相配合（8）发电成本较高24.太阳能电池的工作原理：首先，材料汲取光子后，产生电子-空穴对；然后，电性相反的光生载流子被半导体中p-n结所产生的 静电场分开；最后。光生载流子被太阳能电池的两极所收集，并在电路中 产生电流，从而获得电能。25硅太阳能电池可分为单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能 电池、非晶硅太阳能电池单晶硅太阳能电池单晶硅材料分为四级：冶金级硅、半导体 级硅、太阳能级硅、单晶硅棒。26硅太阳能电池制造工艺（1）硅片切

14、割（2）硅片的表面 制备（3）制绒（4）扩散制结（5）去背结、边缘刻蚀（6）丝 XX印刷上下电极（7）沉积减反射层（8）共烧形成金属接触（9） 电池片测试27非晶硅太阳能电池的特点（1）非晶硅具有较高的光汲取系数（2）非晶硅的禁带宽度比单晶硅大（3）材料和制造工艺成本低（4）易于形成大规模生产能力28简述LED发光原理:其基本工作机理是一个光电转换过 程，由于电流注入产生的少数载流子是不稳定的，对于P-N结 系统，注入价带中的非平衡空穴要与导带中的电子复合，其中多 余的能量将以光的形式向夕卜辐射，这就是LED发光的基本原理。29LED光源特点:（1）工作寿命长（2 ）耗电低（3 ）响应 时间快

15、（4）体积小、质量轻、耐冲击（5）易于调光、调色， 可控性大（6）绿色、环保30合成白光LED光源的三基色为红光、绿光和蓝光31称为半导体发光材料的条件有哪些：（1）半导体带隙宽度与可见光和紫外光光子能量相匹配（2）只有直接带隙半导体才有较高的辐射复合概率（3）要求有好的晶体完整性、可以用合金方法调节带隙、 有可用的P型和N型材料以及可以制备能带形状预先设计的 异质结构和量子阱结构。32实现半导体照明有哪些方法：答：（1）采纳蓝色LED激光黄光荧光粉，实现二元混色白光（2）利用UVLED激发三基色荧光粉，由荧光粉发出的光 合成白光。（3）基于三基色原理，利用红绿蓝三基色LED芯片合成白光。33YG : Ce3+发光机理来自基态4f 1和激发态5d 1带间 同意的电子跃迁。位于460nm的最低汲取带来自最低的2F 5/2 子能级到激发的2D带的跃迁。发射光谱来自斯托克斯位移了的 2D 带到 2F 5/（ 520nm ）和 2F 7/（ 580nm ） 子能级的跃迁。在室温下，两组发射线交叠，产生了一个宽带。由于460nm附近的激发峰 与蓝光发光二极管的峰值波长一致，同时这个波长