新能源電池介紹ppt課件

1、新能源電池介紹,2,電池的分類,電池的分類,電池可以分為化學(xué)電池、物理電池和生物電池三大類,化學(xué)電池 將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。主要部分是電解質(zhì)溶液、浸在溶液中的正、負(fù)電極和連接電極的導(dǎo)線,3,化學(xué)電池的分類與電池的種類,鉛酸蓄電池,構(gòu)造及工作原理,PbSO4 + 2H2O + PbSO4 - PbO2 + 2 H2SO4 + Pb ( 充電反應(yīng) ) ( 硫酸鉛 ) ( 水 ) ( 硫酸鉛 ) 陽(yáng)極：PbSO4 + 2H2O 2e = PbO2 + 4H+ + SO42 陰極：PbSO4 + 2e = Pb + SO42,PbO2 + 2H2SO4 + Pb - PbSO4 + 2H2O

2、+ PbSO4 ( 放電反應(yīng) ) ( 過(guò)氧化鉛 ) ( 硫酸 ) ( 海綿狀鉛 ) 負(fù)極：Pb + SO42 2e = PbSO4 正極：PbO2 + 4H+ + SO42 + 2e= PbSO4 + 2H2O,1）除鋰離子電池外，在常用蓄電池中，鉛酸蓄電池的電壓最高，為2.0V； 2）價(jià)格低廉； 3）可制成小至1Ah大至幾千安時(shí)的各種尺寸和結(jié)構(gòu)的蓄電池； 4）高倍率放電性能良好，可用于引擎啟動(dòng)； 5）高低溫性能良好，可在-4060條件下工作； 6）電能效率高達(dá)60%； 7）易于浮充使用，沒(méi)有“記憶”效應(yīng),1）比能量低，在電動(dòng)汽車中所占的質(zhì)量和體積比較大，一次充電行駛里程短； 2）使用壽命短；

3、 3）充電時(shí)間長(zhǎng)； 4）鉛是重金屬，存在污染,鉛酸蓄電池的特點(diǎn),缺點(diǎn),鎳氫電池正極是活性物質(zhì)氫氧化鎳，負(fù)極是儲(chǔ)氫合金，用氫氧化鉀作為電解質(zhì)，在正負(fù)極之間有隔膜，共同組成鎳氫單體電池。在金屬鉑的催化作用下，完成充電和放電的可 逆反應(yīng),M + Ni(OH)2 MH + NiOOH ( 充電反應(yīng) ) 陽(yáng)極：Ni(OH)2 + OH- - e- NiOOH + H2O 陰極：M + H2O + e- MH + OH,MH + NiOOH M + Ni(OH)2 ( 放電反應(yīng) ) 負(fù)極：MH + OH- - e- M + H2O 正極：NiOOH + H2O + e- Ni(OH)2 + OH,鎳氫電池

4、,構(gòu)造及工作原理,鎳氫電池的特點(diǎn),能耐過(guò)充過(guò)放,4,無(wú)污染。鎳氫電池不含鉛、鎘等對(duì)人體有害的金屬,3,比功率高。目前商業(yè)化的鎳氫功率型電池能做到1350W/kg,1,循環(huán)次數(shù)多。目前電動(dòng)車鎳氫動(dòng)力電池，80%放電深度可循環(huán)1000次以上，是鉛酸蓄電池的3倍以上,2,使用溫度范圍寬。正常使用溫度范圍寬-3055； 儲(chǔ)存溫度范圍-4070,6,無(wú)記憶效應(yīng),5,安全可靠。短路、擠壓、針刺、安全閥工作能力、跌落、加熱、耐振動(dòng)等安全性、可靠性試驗(yàn)無(wú)爆炸、燃燒現(xiàn)象,7,鎳氫電池具有無(wú)污染、高比能、大功率、 快速充放電、耐用性等許多優(yōu)異特性。與鉛蓄電池相比，鎳氫電池除具有比能量高、質(zhì)量輕、體積小、循環(huán)壽命長(zhǎng)

5、的特點(diǎn)外，還具有以下特點(diǎn),鋰離子電池,工作原理,電池在充電時(shí)，鋰離子從正極材料晶格中脫出， 通過(guò)電解質(zhì)溶液和隔膜，嵌入到負(fù)極中；放電 時(shí)，鋰離子從負(fù)極脫出，通過(guò)電解質(zhì)溶液和隔 膜，嵌入到正極材料晶格中。在整個(gè)充放電過(guò) 程中，鋰離子往返于正負(fù)極之間,鋰離子電池的特點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)： 1)工作電壓高。鋰離子電池工作電壓為3.6V，是鎳氫和鎳鎘電池工作電壓的3倍。 2)比能量高。鋰離子電池比能量已達(dá)到150Wh/kg，是鎳鎘電池的3倍，鎳氫電池的 1.5倍。 3)循環(huán)壽命長(zhǎng)。目前鋰離子電池循環(huán)壽命已達(dá)到1000次以上，在低放電深度下可達(dá) 幾萬(wàn)次，超過(guò)了其他幾種二次電池。 4)自放電率低。鋰離子電池月自放電率

6、僅為6%8%，遠(yuǎn)低于鎳鎘電池25%30%和 鎳氫電池15%20%。 5)無(wú)記憶性?？梢愿鶕?jù)要求隨時(shí)充電，而不會(huì)降低電池性能。 6)對(duì)環(huán)境無(wú)污染。鋰離子電池中不存在有害物質(zhì)，是名副其實(shí)的“綠色電池”。 7)能夠制造成任意形狀,缺點(diǎn)： 1)成本高。主要是正極材料氧化鈷鋰 LiCoO2的價(jià)格高，但按單位瓦時(shí)的價(jià)格計(jì)算，已經(jīng)低于鎳氫電池，與鎳鎘電池持平，但高于鉛酸蓄電池。 2)必須有特殊的保護(hù)電路，以防止過(guò)充,燃料電池,燃料電池是一種化學(xué)電池，它直接把物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)（不是燃燒）時(shí)釋放出的 能量變換為電能，工作時(shí)需要連續(xù)地向其供給活物質(zhì)燃料和氧化劑,燃料電池的特點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)： 1)節(jié)能、轉(zhuǎn)換效率高。燃料電

7、池的運(yùn)轉(zhuǎn)效率約為50%70%，低功率下的運(yùn)轉(zhuǎn)效率高，其短時(shí)間的過(guò)載能力可以達(dá)到額定功率的200%，非常適合于汽車在加速和爬坡時(shí)的動(dòng)力性能特征。 2)排放基本達(dá)到零污染。用碳?xì)浠衔镒鳛槿剂系娜剂想姵刂饕晌镔|(zhì)為水、C02、CO等，屬于“超低污染”；氫氧燃料電池的反應(yīng)物只有清潔的水。 3)無(wú)振動(dòng)和噪聲，壽命長(zhǎng)。由于發(fā)生的是電化學(xué)反應(yīng)，所以整個(gè)過(guò)程中沒(méi)有噪聲和機(jī)械振動(dòng)的產(chǎn)生，從而減少機(jī)械器件的磨損，延長(zhǎng)了使用壽命。 4)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行平穩(wěn)。能量轉(zhuǎn)化在靜態(tài)下完成，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，構(gòu)件的加工精度要求低,缺點(diǎn)： 1)燃料種類單一。主要是液態(tài)氫、氣態(tài)氫以及碳水化合物經(jīng)過(guò)重整后轉(zhuǎn)換的氫，氫氣的產(chǎn)生、 存儲(chǔ)、

8、保管、運(yùn)輸和灌裝或重整，都比較復(fù)雜，對(duì)安全性要求高。 2)要求高質(zhì)量的密封。燃料電池組中的單體電池間的電極連接時(shí)，必須要有嚴(yán)格的密封，否 則氫氣泄漏會(huì)降低氫的利用率并嚴(yán)重影響燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的效率，還會(huì)引起氫氣燃燒事故。 3)價(jià)格高。制造成本高，電池價(jià)格昂貴。 4)需要配備輔助電池系統(tǒng)。通常在燃料電池汽車上還要增加輔助電池，來(lái)儲(chǔ)存燃料電池富裕 的電能和汽車在減速時(shí)接受再生制動(dòng)的能量,質(zhì)子交換膜燃料電池,基本結(jié)構(gòu)： 質(zhì)子交換膜、催化劑層、擴(kuò)散層、集流板,質(zhì)子交換膜：不僅是一種將陽(yáng)極的燃料和 陰極的氧化劑隔開的隔膜材料，還是電解 質(zhì)和電極活性物質(zhì)（電催化劑）的基底。 電催化劑：為了加快電化學(xué)反應(yīng)速度

9、，氣 體擴(kuò)散電極上都含有一定量的催化劑。目 前多采用鉑催化劑。 雙極板和流場(chǎng)：作用是分隔反應(yīng)氣體，收 集電流，將各個(gè)單電池串聯(lián)起來(lái)和通過(guò)流 場(chǎng)為反應(yīng)氣體進(jìn)入電極及水的排出提供通道,工作原理,2H2,4H+4e- （陽(yáng)極,4H+4e-+O2,2H2O（陰極,2H2+O2,2H2O （總反應(yīng),導(dǎo)入的氫氣通過(guò)陽(yáng)極集流板（雙極板）經(jīng)由陽(yáng)極氣體擴(kuò)散 層到達(dá)陽(yáng)極催化劑層，在陽(yáng)極催化劑作用下，氫分子分解為 帶正電的氫離子并釋放出帶負(fù)電的電子，完成陽(yáng)極反應(yīng)； 氫離子穿過(guò)膜到達(dá)陰極，電子在外電路形成電流，通過(guò)適 當(dāng)連接可向負(fù)載輸出電能； 在電池另一端，氧氣通過(guò)陰極集流板經(jīng)由陰極氣體擴(kuò)散層 到催化劑層。在陰極催化

10、劑的作用下，氧與透過(guò)膜的氫離子 及來(lái)自外電路的電子發(fā)生反應(yīng)生成水，完成陰極反應(yīng)； 電極反應(yīng)生成的水大部分由尾氣排出，小部分在壓力差作 用下通過(guò)膜向陽(yáng)極擴(kuò)散,新能源汽車中的電池技術(shù),質(zhì)子交換膜燃料電池的特點(diǎn),1）能量轉(zhuǎn)化效率高。通過(guò)氫氧化合作用，直接將化學(xué)能轉(zhuǎn) 化為電能，不通過(guò)熱機(jī)過(guò)程，不受卡諾循環(huán)的限制。 （2）可實(shí)現(xiàn)零排放。其唯一的排放物是純凈水（及水蒸氣），沒(méi)有污染物排放，是環(huán)保型能源。 （3）運(yùn)行噪聲低，可靠性高。PEMFC電池組無(wú)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件 ，工作時(shí)僅有氣體和水的流動(dòng)。 （4）維護(hù)方便。PEMFC內(nèi)部構(gòu)造簡(jiǎn)單，電池模塊呈現(xiàn)自然的“積木化”結(jié)構(gòu)，使得電池組的組裝和維護(hù)都非常方便；也很容

11、易實(shí)現(xiàn)“免維護(hù)”設(shè)計(jì)。 （5）發(fā)電效率受負(fù)荷變化影響很小，非常適合于用作分散型發(fā)電裝置（作為主機(jī)組），也適于用作電網(wǎng)的“調(diào)峰”發(fā)電機(jī)組（作為輔機(jī)組）。 （6）氫氣來(lái)源極其廣泛，氫是世界上最多的元素，是一種可再生的能源資源，取之不盡，用之不絕?？赏ㄟ^(guò)石油、天然氣、甲醇、甲烷等進(jìn)行重整制氫；也可通過(guò)電解水制氫、光解水制氫、生物制氫等方法獲取氫氣,15,質(zhì)子交換膜燃料電池現(xiàn)狀,20世紀(jì)60年代，美國(guó)首先將PEMFC用于Gemini宇航飛行。伴隨著全氟磺酸型質(zhì)子交換膜碳載鉑催化劑等關(guān)鍵材料的應(yīng)用和發(fā)展，80年代，PEMFC的研究取得了突破性進(jìn)展，電池的性能和壽命大幅提高，電池組的體積比功率和質(zhì)量比功率

12、分別達(dá)到1000W/L、700W/kg，超過(guò)了DOE和PNGV制定的電動(dòng)車指標(biāo)。90年代以來(lái)，基于質(zhì)子交換膜燃料電池高速進(jìn)步，各種以其為動(dòng)力的電動(dòng)汽車相繼問(wèn)世，至今全球已有數(shù)百臺(tái)以PEMFC為動(dòng)力的汽車、潛艇、電站在國(guó)內(nèi)外示范運(yùn)行。 由于質(zhì)子交換膜燃料電池高效、環(huán)保等突出優(yōu)點(diǎn)，引起了世界各發(fā)達(dá)國(guó)家和各大公司高度重視，并投巨資發(fā)展這一技術(shù)。美國(guó)政府將其列為對(duì)美國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)家安全至為關(guān)鍵的27個(gè)關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域之一；加拿大政府將燃料電池產(chǎn)業(yè)作為國(guó)家知識(shí)經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)之一加以發(fā)展；美國(guó)三大汽車公司（GM，F(xiàn)ord ,Chryster）、德國(guó)的Dajmier-Benz、日本的Toytomotor等汽車公

13、司均投入巨資開發(fā)PEMFC汽車。 處于領(lǐng)先地位的加拿大Ballard公司已經(jīng)開始出售商業(yè)化的各種功率系列的PEMFC裝置，Chrysler(克萊斯勒)、Ford(福特)、GM(通用)、Honda(本田)、Nissan(尼桑)、VolkswagenAG(大眾)和Volvo(沃爾沃)等，它們?cè)S多正在使用的燃料電池都是由Ballard公司生產(chǎn)的。此外ballard公司與PlugPower公司建立合作伙伴，ballard公司為PlugPower公司提供電堆,16,目前國(guó)內(nèi)外開發(fā)的幾種燃料電池汽車的性能完全可以與內(nèi)燃機(jī)相媲美。 圖一，本田在2015東京車展前，發(fā)表了其全新的FCV(燃料電池汽車)，根據(jù)美

14、國(guó)環(huán)境保護(hù)署(EPA)的評(píng)級(jí)系統(tǒng)，只需裝載5公斤的氫燃料，就足以推動(dòng)該車行駛超過(guò)300英里(482km)。此外，為它加滿燃料也只需3分鐘。 圖二，豐田Mirai 每1加侖氫氣可行駛107.8公里，以及單次加滿、可行駛502.1公里(312英里)的記錄。 圖三，佛山市飛馳汽車制造有限公司與加拿大巴拉德公司共同研制燃料電池公交車，該車輛長(zhǎng)度10.96米，載客78人，續(xù)航達(dá)到300公里以上，每百公里用7公斤氫氣,本田FCV,豐田Mirai,飛馳FSQ6110FCEVG,17,生物電池,生物電池（bio-fuel cells），是指將生物質(zhì)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置，從原理上來(lái) 講，生物質(zhì)能能夠直接轉(zhuǎn)化為

15、電能主要是因?yàn)樯矬w內(nèi)存在與能量代謝關(guān)系密切的 氧化還原反應(yīng)。這些氧化還原反應(yīng)彼此影響，互相依存，形成網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行生物的能 量代謝,主要用途,燃料結(jié)構(gòu),使用生物燃料電池，1L糖類物質(zhì)（葡萄糖等）的濃溶液氧化產(chǎn)生的電能可提供一輛中型汽車行駛25-30Km，如果汽車的油箱為50L的話，裝滿后可連續(xù)行駛1000Km而不需要再補(bǔ)充能源,污水處理,2005年，美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)的研究小組宣布，已成功研制一種新型的微生物電池?？梢詫⑽刺幚磉^(guò)的污水，通過(guò)微生物降解，轉(zhuǎn)變?yōu)榍鍧嵉乃碗娔?18,能量支持,2005年，日本東北大學(xué)研究小組新開發(fā)出一種利用血液中的糖分發(fā)電的生物電池。這樣的生物電池可為植入糖尿病患者體內(nèi)的測(cè)定血糖值的裝置提供充足電量、為心臟起搏器提供能量,機(jī)器人應(yīng)用,2001年，英國(guó)西英格蘭大學(xué)的科學(xué)家們研制出了一種名為“Slugbot”的機(jī)器人，用于搜捕危害種植業(yè)的鼻涕蟲放在一容器中，在酶的作用下將其轉(zhuǎn)化為電能,19,未來(lái)展望,隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境、能源的矛盾越來(lái)越突出，生物電池因其綠色無(wú)污染且原料廣泛、生