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能源材料讲稿
新能源材料
一、引言
能源是人类社会生存与发展的重要物质基础,是现代文明的三大支柱之一。
能源的可持续发展是全体人类共同愿望与奋斗目标,是推动人类社会发展的重要因素之一。
目前,世界的能源消耗主要还是以煤、石油、天然气之类的矿物能源为主,在开发、采集以及利用这些矿物能源的过程中,不但严重破坏了生态环境,造成了极大的环境污染,更重要的是这些能源不可再生,矿物能源的枯竭已成为共识,人类社会目前正陷入能源危机之中。
于是,科学工作者提出了资源与能源最充分利用技术和环境最小负担技术。
新能源与新能源材料是这两大技术的重要组成部分。
新能源的发展必须靠利用新的原理来发展新的能源系统,同时还必须靠新材料的开发与利用,才能使新的系统得以实现,并提高其利用效率,降低成本。
因而,发展新能源材料是解决能源危机的最根本途径。
我国作为发展中大国,能源消耗很大,但能源的利用率不高,而且能源结构也不合理,目前一次能源以煤为主,到2030年煤所占比例将超过50%。
我国将面临长期能源问题,因此改变我国的能源结构,大力发展新能源以及能源综合利用技术所需的材料,对于促进我国的现代化建设,增强综合国力,既具有重要的现实意义。
二、新能源材料
新能源包括太阳能、生物质能、核能、风能、地热、海洋能等一次能源以及二次电源中的氢能等。
新能源材料是发展新能源的核心和物质基础,主要是指能实现新能源的转化和利用以及发展新能源技术所需要用的关键材料。
新能源材料主要包括以储氢电极合金材料为代表的镊氢电池材料,以嵌锂合金为负极和LiCoO2正极为代表的锂离子电池材料、燃料电池材料、以硅半导体材料为代表的太阳能电池材料及以铀、氘、氚为代表的反应堆核能材料等。
当前研究的热点和技术前沿包括高能储氢材料、聚合物电池材料、中温固体氧化物燃料电池电解质材料、多晶薄膜太阳能电池材料等。
新能源材料的主要特点有:
1、新能源材料能够把原来使用的能源转变成新能源,如人类使用太阳能取暖、烘干等,现在利用半导体材料可把太阳能直接转变为电能;
2、新能源材料可以提高贮能效率,有效进行能量转换,如金属氢化物镍电池、锂离子电池都是靠电极材料的贮能效果和能量转化功能而发展起来的新型二次电池。
本文主要介绍储氢合金、新型二次电池、燃料电池、太阳能电池以及核能材料。
三、储氢材料
氢能是人类未来的理想能源。
氢能热值高,如燃烧1kg氢可发热1.4×105kJ,相当于3kg汽油或4.5kg焦炭的发热量;资源丰富,地球表面有丰富的水资源,水中含氢量达11.1%;干净、清洁,燃烧后生成水,不产生二次污染;应用范围广,适应性强,可作为燃料电池发电,也可用于氢能汽车、化学热泵等。
因此,氢能的开发和利用成为世界各国特别关注的科技领域。
氢能利用的关键是氢的制备技术和高密度的安全储存。
由于氢在常温下为气体,密度很小,单位重量体积很大。
目前市售的氢气一般都是在150个大气压下储存在钢瓶内,氢气的重量不到钢瓶重量的1/100。
而且储存的氢是一种危险品,有爆炸的危险,很不方便。
为了解决氢的储存和运输问题,人们研发了相应的储氢材料,主要包括活性炭、合金化合物、无机化合物以及有机化合物四大类储氢材料,其中又以合金化合物储氢材料研究最为广泛。
3.1、活性炭储氢
活性炭具有较高的比表面积,尤其是优质活性炭的比表面积可达别2000m2/g以上。
利用低温加压可吸附储氢。
例如在-120℃、5.5MPa下,活性炭的储氢量可达4.0%(质量分数)以上。
活性炭原料易得,吸附储氢和放氢操作比较简单,投资费用比较低。
随着纳米技术的进步,作为20世纪末材料科学领域最重要的发现之一,人们发现富勒烯(C60)和碳纳米管(CNT)对氢气具有较强的吸附作用。
分析表明单层碳纳米管(SWNT)的吸氢量比活性炭(AC)高,H2在SWNT的吸附量可达5%-10%(质量分数),有能成为新一代的储氢材料。
3.2、无机化合物储氢
利用某些无机化合物能和氢气发生化学反应可以储氢.然后在一定条件下又可分解放出氢。
例如,H.Kramer报道了利用碳酿氢盐与甲酸盐之间相互转化的储氢技术,其吸氢和释氢反应为:
以活性炭作载体,在Pd或PdO的催化作用下,以KHCO3或NaHCO3作为储氢剂,其储氢量约为2%(质量分数)。
该法优点是原料易得.储存方便、安全性好。
但是储氢量比较小,催化剂价格较贵。
3.3、有机液体氢化物储氢
有机液体氢化物储氢是借助储氢载体(如苯和甲苯等)与H2的可逆反应来实现,包括催化加氢反应和催化脱氢反应。
可表示为:
该法储氢量大,环己烷和甲基环己烷的理论储氢量分别为7.19%和6.18%(质量分数),比高压压缩储氢和金属氢化物储氢的实际量都大。
储氢载体苯和甲苯可循环使用,其储存和运输都很安全方便。
但该法也存在明显不足,催化加氢和催化脱氢装置和投资费用较大,储氢技术操作比其他方法要复杂得多。
3.4、合金化合物储氢
元素周期表中,除He、Ne、Ar等稀有气体外,几乎所有元素均能与氢反应生成氢化物或含氢化合物。
在一定温度和氢气压力下能多次吸收、储存和释放氢气的合金被称为储氢合金。
如大多数过渡金属与氢反应形成不同类型的金属氢化物,由于其特殊的晶格结构等原因,在一定条件下,氢原子比较容易进入金属晶格的四面体或八面体间隙中,形成金属氢化物,如TiH2、ZrH1.9、PrH2.8、TiCoH1.4、LaNi5H、MmNi4.5H6.6等。
这类材料可储存比其体积大1000-1300倍的氢,而且合金中存储的氢表现为H与H+之间的中间特性,与这些金属的结合力较弱。
当金属氢化物受热时,又可释放出氢气。
理论上,能够在一定温度、压力下与氢形成氢化物并且具有可逆反应的金属或合金都可以作为储氢材料。
但是,要使储氢合金材料达到实用的目的,必须满足下列要求:
(1)储氢量大,能量密度高;
(2)吸氢和放氢速度快;(3)氢化物生成热小;(4)分解压适中,若分解压过高,则吸氢时充氢压力较高,需要使用耐高压容器,若分解压过低,则必须加热才能释放氢,需要消耗能源;(5)容易活化。
储氢合金第一次与氢反应称为活化处理,活化的难易直接影响储氢合金的实用价值;(6)化学稳定性好,经反复吸、放氢,材料性能不衰减、对氢气中所含的杂质(如O2、CO、Cl、H2S、H2O等)敏感性小,抗中毒能力强,使用寿命长;(7)在储存与运输中安全、无害;(8)原料来源广、成本价廉。
目前研究最多和投入应用的储氢合金材料主要有:
稀土系列、镁镍系列、钛合金系列等。
大多数金属氢化物储氢量在1%-4%(质量分数)、能量密度高,所需费用明显低于深冷液化储气,与高压压缩储氢相当,而且原料易得,可以满足各方面应用的要求,安全可靠。
它是目前各国都在积极研究开发的一种很有前途的储氢方法。
3.4.1、稀土系储氢合金
LaNi5是稀土系储氢台金的典型代表,由荷兰Philip实验室于1969年首先研制。
LaNi5具有CaCu5型六方结构,在室温下可与一定压力的氢气反应即形成相应的氢化物,如下式所示。
LaNi5具有优良的储氢性能,块状LaNi5合金储氢量约1.4%(质量分数),平衡压力适中而平坦.滞后小,容易活化,具有良好的动力学特性和抗杂质气体中毒性,吸放氢滞后很小。
由于LaNi5成本高(需要纯La作原料),大规模应用受到限制,因此发展了稀土系列多元合全。
1、LaNi5三元系:
通过对La原子和Ni原子的置换,目前主要有两大类三元合金:
LaNi5-xMx(M=Al、Mn、Cr、Fe、Co、Cu、Ag、Pd、Pt等)和R0.2La0.8Ni5(R=Zr、Y、Gd、Nd、Th等)。
对于LaNi5-xMx合金,除Pd和Pt外,其它元素对Ni的置换均使金属氢化物稳定性提高,平台压力降低。
对于R0.2La0.8Ni5合金,所有置换元素使其氢化物稳定性降低。
2、MmNi系:
用富Ce>40%混合稀土(Mm)代替La研制廉价的MnNi5储氢合金。
MmNi5在室温、6MPa压力下氢化反应生成MnNi5H6,20℃分解压为1.31MPa、吸氢平衡压约3.04MPa,活化条件苛刻,难于实用。
为此在MmNi5基础上又开发多元合金,如MmNii1-yBy(B=Al、Cu、Fe、Mn、Ga、1n、Sn、Cr、Co、Pt、Ni、Al、Zr等)系列,其中Mm、A1对合金中Ni的部分取代可使平台压力大幅降低,而且Mn、A1引入可有效改善MmNi5活化特性,在氢压4MPa时立即氢化;在MnNi5-yBy系列储氢合金中,MmNi4.5M0.5储氢量大,释氢压力适当,常用于氢的储存和净化;MmNi4.15Fe0.85具有较平坦的平台和较小的滞后,可用热泵、空调用储氢材料;MmNi5-yCoy通过改变y值连续改变合金吸释氢特性,具有良好的储氢能力;富La(其中La+Nd>70%)混合稀土储氢合金不仅保持LaNi5的许多优良特性.而且在储氢量和动力学特性方面优于LaNi5,价格仅为纯La的1/5,从而更具有实用价值。
3.4.2、钛系储氢合金
1、钛铁系:
TiFe是钛铁系储氢合金的典型代表。
TiFe具有优良的储氢特性,在室温与氢反应生成TiFeH1.04(β相)和TiFeH1.95(γ相)两种氢化物。
若在300℃和0.1MPa氢气中处理,吸氢量约1.75%(质量分数)。
室温下释氢压力约为0.1MPa。
TiFe的价格较低,因而具有很大实用价值。
但TiFe也有明显不足:
首先是活化困难,必须在450℃和5MPa压力条件下进行活化;其次是抗毒性弱(特别是O2),反复吸释氢后性能下降。
为改善TiFe合金的储氢特性,研究了以过渡元素(M)置换部分铁的TiFe1-yMy(M=Cr、Mn、Mo、Co、Ni、V、Nb、Cu等)。
过渡元素的加入改善了钛铁系储氢合金的活化性能,其中TiFe0.8Mn0.2可在室温下3MPa氢压下活化,生成TiFe0.8Mn0.2H1.05氢化物,储氢量达到1.9%(质量分数)。
2.钛锰系:
TiMn系二元合金中,以TiMn1.5储氢性能最佳,该合金可在室温下活化、与氢反应生成TiMn1.5H2.47氢化物,储氢量达1.86%(质量分数)。
3.4.3、镁系储氢合金
美国最早研究了镁的吸氢,在300-400℃和较高的氢压下,镁与氢反应生成MgH2,氢化反应式为:
MgH2含氢量为7.65%(质量分数),但MgH2属离子型氢化物,稳定性强,释氢困难,分解温度过高。
因而其发展方向是通过合金化,改善合金氢化反应的动力学和热力学性质,若在Mg中添加5%-10%的Ni或Cu,可对镁氢化物的形成起催化作用,使氢化反应速度加快。
例如,镁和镍可以形成两种金属间化合物Mg2Ni,Mg2Ni在300℃和2.02MPa条件下与氢反应生成Mg2NiH4。
稳定性比MgH2低得多。
在Mg2Ni中,用Ca和A1取代部分Mg形成Mg2-xMxNi合金(M=Ca、Al,x=0.01-1.0),其氢比物离解速度比Mg2Ni增大40%以上,容易活化处理,具有良好的储氢性能,性质稳定。
利用过渡元素(M)置换Mg2Ni中的部分Ni,形成Mg2Nli1-xMx三元合金(M=V、Cr、Mn、Fe、Zn等,X=0.01-0.5),也可以改善吸/释氢的速度,具有实用价值。
3.5、储氢合金的应用
氢储存是储氢金属氢化物的最基本的应用。
金属氢化物储氢密度高。
采用TiMn1.5制成的储氢容器与高压(15MPa)钢瓶和深冷液化储氢装置相比,在储氢量相等的情况下,三者质量比为1:
1.4:
1.2,体积比为1:
4:
1.3,质量轻、体积小。
而且储氢合金储氢无需高压和液氢的低温没施,节省能源。
氢以金属氢化物形式存在于储氢台金中,安全可靠,便于氢的运输和传递。
化学工业、石油炼制、化学制药和冶金工业等均有大量含氢尾气放空浪费,若加以回收利用,可以为有关工业部门提供大量廉价的氢气,也是一项巨大的补充的能源。
以合成氨工业为例,全国每年放空的尾气达数十亿m3,其中含有50%-60%(体积分数)的氢气。
采用储氢合金可有效分离其中的氢气。
具体方法是混合气体流过装有储氢合金的分离床。
氢被储氢合金吸收,形成金属氢化物,而杂质排出;加热金属氢比物,释放出氢气加以回收。
利用储氢合金对氢的选择性吸收特性,可制备纯度在99.9999%以上的氢气,在半导体器件、电子材料、大规模集成电路、光纤生产等方面具有重要的应用。
而某些储氢合金的氢化物同氘、氚化物相比,在同一温度下的分解压、吸/释氢与氘氚的热力学特性有较大的差别,因而可用于氢同位素的分离。
如TiNi合金吸收D2的速率为H2的1/10,将含7%D2的H2导入到TiNi合金密闭容器中,每通过一次可使D2浓缩50%,这样通过多次压缩和吸收,氘的浓度可迅速提高,同时回收大量高纯H2。
在合成化学中,储氢合金可用作加氢与放氢反应的催化剂,反应条件温和,具有较高的催化活性。
LaNi5和ThNii5等储氢合金对CO甲烷化反应具有较高催化活性,通过LaNi5的催化在250℃下CO和H2能很快反应生成CH4。
天然脂肪酸合成C18醇具有重要工业意义,通常采用CuCr系催化剂,需要高温高压,反应条件比较苛刻;若采用Mg2Cu合金作催化剂,反应条件比较温和,产率可达100%。
采用LaNi5、MmNi5、CeNi5等储氢合金作催化剂,能使异戊二烯加氢全部转变为异戊烷。
金属氢化物不仅储氢,也是理想的能量转换材料。
氢化物热泵是以氢气为工作介质,储氢合金为能量转换材料,由同温下分解压不同的两种氢化物组成热力学循环系统,以它们的平衡压差来驱动氢气流动,使两种氢化物分别处于吸氢(放热)和放氢(吸热)的状态,从而达到升温、增热或制冷的目的。
已开发的氢化物热泵按其功能分为升温型、增热型和制冷型三种,德国进行车用空调和家用空调的开发,用LaNi5/Ti0.9Zr0.1CrMn合金对进行制冷,可获得-25℃的低温;日本采用MmNiMnAl/MmNiMnCo制备氢化物制冷系统,可连续获得-20℃的低温,制冷功率为900-1000W。
储氢合金电极替代NiCd电池中的Cd负极,组成镍-氢化物电池,不但具有高能量密度,而且耐过充.放电能力强,无重金属Cd对人体的危害,这将在二次电池中进行介绍。
四、新型二次电池材料
一次电池使用后常随普通垃圾一起被丢弃或被掩埋,造成资源浪费,同时电池中的重金属元素泄露也会污染地下水和土壤。
为此,人们研究了可重复使用的电池,及其充放电反应是可逆的。
放电时通过化学反应产生电能,通以反向电流(充电)时则使体系回复到原来状态,将电能以化学能形式重新储存起来。
这种电池称为二次电池或蓄电池,如常用的铅酸电池和镉镍电池。
这种电池的理论比能量很低,同时铅和镉都是有毒金属,对环境污染已引起人们极大的关注。
因此需要发展高比能量、无污染的新型二次电池体系。
目前应用较广的是镍氢电池(表示为Ni/MH电池)和锂离子电池(表示为LIB电池)。
这些电池不但性能优良,而且污染较小,也被称为绿色电池。
4.1、Ni/MH镍氢二次电池
Ni/MH电池的正极材料采用Ni(OH)2,负极材料为储氢合金,电解质为KOH水溶液。
与Ni-Cd电池相比,具有以下优点:
1、能量密度是Ni-Cd电他的1.5-2倍;2、充放电速率高;3、耐过充和过放性能好;4、使用寿命长;5、低温性能好;6、无Cd元素对环境的污染。
Ni/MH电池在充放电过程中产生如下电极反应,其工作原理如图所示:
正极:
负极:
电池反应:
Ni/MH电池的正极材料是Ni(OH)2,电池负极材料主要是储氢合金,其种类如表所示。
用于Ni/MH负极材料的储氢合金有两个主要作用:
一是吸放氢的电化学催化剂,二是储存氢。
典型的Ni/MH负极材料及特征
合金类型
典型氢化物
合金组成
吸氢质量/%
电化学容量/(mAh/g)
理论值
实际值
AB5
LaNi5H6
MmNi3.5-4(MnAl)0.3-0.8Co0.2-1.3
1.3
348
330
AB2
ZrMn2H3
Zr1-xTixNia(MnV)b(CoFeCr)c
1.8
482
420
AB
TiFeH2
ZrNi1.4,TiNi
2.0
536
350
A2B
Mg2NiH4
MgNi
3.6
965
500
固溶体
V0.8Ti0.2H0.8
V4-x(NbTaTiCo)xNi0.5
3.8
1018
500
AB5型储氢合金具有CaCu5型六方结构,以LaNi5为代表。
LaNi5具有储氢量大,易活化、不易中毒等优点,然而纯的LaNi5合金由于在室温条件下吸放氢压力高,而且吸氢后体积膨胀较大,反复无放电后容量迅速下降,不适合作为负极使用。
采用对A和B多元合金化方法进行优化,对A侧合金的优化主要用稀土Ce、Pr、Nd以及Ca,Ti取代或部分取代La,从而明显改善电极性能。
对B侧合金的优化主要用Ni、Co、Al、Mn、Fe、Ti、Ca、Zn等部分取代B侧的Ni得到LaNi5-xMx,提高电极性能和性价比。
其中Co是提高循环寿命最有效的元素,增加合金韧性,减小充放电过程的体积膨胀,提高合金抗腐蚀性能。
加入Mn后可降低合金的平衡氢压,改善活化性能;加入A1后可形成紧密的抗氧化的Al2O3表面薄膜,合金的腐蚀明显被抑制;加入Si可提高LaNi2.5Si2.5电极合金的循环特性;加入Ti后,合金电极的循环稳定性加强,但放电容量下降,低温性能也下降。
电解质需要有高的离子传导能力,目前使用的Ni/MH电他的电解质是KOH水溶液,它具有强腐蚀性,液体电解质也给电池加工制作带来不便。
用高导电性能的固体或凝胶电解质替代KOH将是Ni/MH电池的一个发展趋势。
最近研究结果表明,采用高吸水和高存水能力的聚合物凝胶作为电解质,电池的电化学性能与普通KOH电解质电池相近。
Ni/MH电池开发重点是大功率、高容量方向,以占领电动车这一领域。
国际上一些主要的汽车公司如GM、Ford和Toyota等相继开发出Ni/MH电动汽车和混合电动汽车,如日本Toyota公司开发出世界上第一个商品化的混合动力车,该车采用240只高功率的Ni/MH电池串联电池组提供动力,总电压288V,容量力6.5Ah。
GM公司生产的Ni/MH电池动力车,单次充电后可行驶225km。
4.2、LIB锂离子二次电池
Li是最轻的金属元素,它的标准电极电位是-3.045V,是金属中负电位最大的元素,因此Li负极电池的开发受到极大重视,各种高比能量的Li离子二次电池(LiB)相继问世。
与Ni/MH电池性能的比较如下表所示,由此可知LIB不但工作电压高、比能量高、容量大、循环特性好、重量轻以及体积小等优点,而且LIB无记忆效应,不需将电放尽后再充电;LIB自放电小,每月在10%以下,而Ni/MH电池自放电一般每月为30%-40%。
因而LIB已成为移动电话、笔记本电脑等便携式电子设备的理想电源。
仅2000年,日本就销售了4亿多只Li电池。
普通Ni/MH,LIB及Ni/Cd电池的性能比较
技术参数
Ni/Cd
Ni/MH
LIB
工作电压/V
1.2
1.2
3.7
质量比能量/(Wh/kg)
30-50
50-70
100-150
体积比能量/(Wh/L)
150
200
270
冲放电寿命/次
500
500
1000
早期的锂离子电池是以金属Li为负极,层状化合物MnO2为正极,有机电解液作为电解质。
但1989年一用户在使用对讲机时,机上的Li电池突然发生短路引起电池过热爆炸,烧伤用户的面颊,研究表明,金属Li电池在充放电中发生枝晶生长并形成树枝状沉积物,从而导致电池内部短路,引起着火和爆炸,进而世界上停止了Li/MnO2电池的生产。
为了解决Li枝晶生长问题,日本开发出炭材料替代Li负极、高电位的LiCoO2作正极的二次电池后,循环性能和安全性能得到大幅度提高,其电池反应为:
正极:
负极:
电池:
LIB的工作原理如图所示,LIB电池实际是一种Li离子浓度差电池,电极由两种不同Li离子嵌入化合物组成。
充电时,Li离子从正极脱嵌,通过电解质和隔膜,嵌入负极中,从而使负极处于富Li离子态,正极处于贫Li态;放电时,Li离子从负极脱嵌经过电解质进入正极。
由于在充放电过程Li离子在正负极之间往返嵌入和脱嵌,因此LiB电池被称为“摇椅电池”。
LIB电池材料主要是正负极材料和电解质材料。
理想的电池材料应具备下列条件:
⑦正负极电位差大,负极脱嵌Li反应的电极电位相对Li要低,正极则要高;②嵌入反应的吉布斯自由能改变量小,Li离子的嵌入量对电极电位的影响小,确保电压稳定;③Li离子扩散系数大,具有良好的导电性.以提高工作电流;④正负极与电解质有好的热稳定性和化学兼容性;⑤材料成本低.加工容易,符合环保需要。
LIB负极材料的演变过程如下表所示,这些材料中以金属Li的容量为最高。
研究表明,Li枝晶的形成主要原因是Li与有机溶剂电解质发生反应,因此采用聚合物电解质或凝胶电解质,可以减少和避免枝晶的形成。
同时,对Li负极的表面进行改性,如CO2氧化、HF处理生产LiF、加入Mg2+、Zn2+和碘化物、添加有机添加剂等,也能抑制枝晶的形成
LIB负极材料的演变过程
负极材料
金属锂
锂合金
碳材料
氧化物
纳米合金
容量/(mAh/g)
3400
790
372
700
2000
年代
1965
1971
1990
1995
1998
研究开发的碳材料包括石墨(天然和人造石墨)、硬炭(热解炭)、软炭(焦炭)以及经石墨化处理的碳纤维。
三种碳材料的结构如图所示。
石墨的充电机理是Li离子可逆地嵌人石墨层间,形成嵌Li化合物为LiC6。
石墨材料使用前也需要对其表面进行氧化处理以改善电池性能。
氧化减少表面不稳定的尖端原子数量,消除不稳定结构,同时还形成储Li的纳米微孔。
另外可能形成C-O键,使其容易形成钝化膜,阻止电解液在石墨表面分解。
硬炭(热解炭)的无序度大,除了碳层间可以储Li外,材料内部微孔也可以容纳Li离子,因此硬炭的容量比天然石墨高。
纳米碳材料由于具有传统碳材料无法比拟的高比容量,已成为新一代理离子电池负极材料的研究重点。
纳米碳管由于其特殊的一维管状分子结构,Li离子不仅可嵌入中空管内,而且可嵌入到管壁间的缝隙之中,具有嵌入深度小、过程短、嵌入位置多等优点,有利于提高Li离子电池的充放电容量。
已经证明,在6GPa的高压下,催化法生成的多壁纳米碳管中每个碳原子可以吸收2个Li原子;用化学气相沉积法制备的纳米碳管作为电池负极时,电池容量超过石墨嵌Li化合物理论容量一倍以上。
氧化物负极材料以锡的氧化物(氧化亚锡、氧化锡及其混合物)性能最好,比石墨材料性能有明显的提高。
锡的氧化物中加入金属、非金属元素,形成复合氧化物后,材料的循环性能得到较大改进,可逆容量达600mAh/g,体积比容量为2200mAh/cm3,循环次数在800次以上。
如果LIB向低电压方向发展(2-3V),Li4Ti5O12将是很有前途的负极材料。
它在脱嵌铿过程组中晶格尺寸变化很小,基本上是“零应变”,树料表现好的循环性能。
目前商品化的LiB电池的Li离子源由正极材料提供,主要是三种含Li的过渡金属氧化物LiCoO2,LiNiO2和LiMn2O4,其性能特点如表所示。
LIB正极材料的性能
正极材料
理论比容量(mAh/g)
实际比容量(mAh/g)
密度(g/cm3)
特点
LiCoO2
275
130-140
5.00
性能稳定,放电电压稳定,价格高
LiNiO2
274
170-180
4.78
热稳定性差
LiMn2O4
148
100-120
4.28
安全性高,高温循环和存放性差,价格低
LiCoO2是最早用于商品化LiB的正极材料。
由于Co资源
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