基本介紹
- 中文名：儲能材料
- 特性：能量儲存
材料介紹
它不僅能存儲能量，並且能使能量轉化，以供需用。最常見的儲能材料有儲氫合金和用於一次電池（即原電池，放電後不能復原使用）、二次電池（即蓄電池，放電後可重新充電復原反覆使用）的材料。常見的一次電池有鋅–二氧化錳電池、鋅–氧化汞電池、鋅–氧化銀電池和鋰電池等。常見的二次電池為鉛–酸電池、鎳–鎘電池、鎳–鋅電池和鎳–氫化合物電池、鈉–硫電池、鋰離子電池等。
儲氫合金及其套用
氫是自然界中儲量最大的元素，也是一種非常清潔的能源。儲氫合金所存儲的氫的密度比液態氫大得多（液氫的密度為4.2×1022大氣壓/厘米3，而LaNi5的氫密度為6.2×1022大氣壓/厘米3），並且釋放氫時所需的能量很小。儲氫合金的工作壓力很低，操作簡單安全可靠。
研發中的儲氫合金體系有AB5型混合稀土合金、AB2型Laves相合金、AB型鈦鐵系合金、A2B型Mg–Ni系合金和釩基固溶體合金等。儲氫合金與氣體氫發生反應時生成金屬氫化合物，大量的氫以固態形式儲存於儲氫合金中。儲氫合金的吸氫與放氫，實際上就是金屬氫化物的形成與分解。儲氫合金的基本特徵是：能可逆地大量吸氫和放氫，伴隨著吸（放）氫過程出現放（吸）熱效應，對氫能選擇性地吸收，吸放氫的平衡壓力隨溫度急劇變化。儲氫合金可用於鎳–氫化合物電池、氫的儲存和淨化、氫同位素分離、氫氣回收、熱泵、製冷等。在儲能方面儲氫合金的套用主要有以下兩方面：
①鎳–金屬氫化合物電池材料。這是一種以儲氫合金作為負極材料的新型二次電池，其能量密度比鎳–鎘電池高1.5～2.0倍，且無鎘的污染環境問題。所以，作為鎳–鎘電池的替代電池，已廣泛套用作各種攜帶型電子器具、移動通信、計算機等的電源。在各種儲氫合金中，AB5型混合稀土合金具有優良的性能價格比，作為負極材料廣泛套用於鎳–金屬氫化合物電池。
②氫燃料儲存器材料。氫的熱值高，易點燃，燃燒時無有害氣體和灰渣產生，是理想的環保能源之一。由於燃油汽車對都市環境造成危害，因而氫燃料汽車的發展備受重視。AB5型混合稀土合金是廣泛套用的儲氫材料，為提高其性能，對其化學組成和組織結構最佳化不斷地開展著研究。鋰電池與鋰離子電池材料 作為一次電池的鋰電池，是一種以鋰作為負極活性物質的化學電池。
由於金屬鋰的電極電位最負(−3.03伏)，並且鋰的密度很小，鋰電池具有很高的能量密度，它是高能電池的重要品種。自20世紀70年代以來，以金屬鋰為負極的各種高比能鋰一次電池相繼問世，獲得了廣泛套用。其中以層狀化合物γ·β二氧化錳作正極，以鋰作負極和以有機電解液構成的鋰電池獲得最廣泛的套用。
它是照相機、電子手錶、計算器等各種具有存儲功能電子器件或裝置的理想電源。此外，還開發出鋰–聚氟化碳電池、鋰–二氧化硫電池、鋰–硫化銅電池、鋰–碘電池等。鋰離子電池為二次電池，其原理為電池充電時鋰離子從正極脫嵌，通過電解質和隔膜，嵌入負極中，反之當電池放電時鋰離子又從負極中脫嵌，通過電解質和隔膜，重新嵌入到正極中。由於鋰離子在正負極中有固定的空間和位置，因此，電池有很好的可逆性，其電容量大並且具有長循環壽命和安全性。鋰離子電池的正極材料包括氧化鈷鋰（LiCoO2）、氧化鎳鋰（LiNiO2）、氧化錳鋰（LiMn2O4）等材料。而負極材料為碳材料。作為正極材料的導電聚合物的研究也受到重視。電解質的作用為在電池的正負極間形成良好的離子導電通道。常用的電解質是由有機溶劑和鋰鹽構成的。聚合物電解質是目前很重要的研發方向，因它有利於實現電池的小型化。
