储能材料

具有能量储存特性的材料

储能材料，具有能量储存特性的材料。它不仅能存储能量，并且能使能量转化，以供需用。

材料介绍

它不仅能存储能量，并且能使能量转化，以供需用。最常见的储能材料有储氢合金和用于一次电池（即原电池，放电后不能复原使用）、二次电池（即蓄电池，放电后可重新充电复原反复使用）的材料。常见的一次电池有锌–二氧化锰电池、锌–氧化汞电池、锌–氧化银电池和锂电池等。常见的二次电池为铅–酸电池、镍–镉电池、镍–锌电池和镍–氢化合物电池、钠–硫电池、锂离子电池等。

储氢合金及其应用　

氢是自然界中储量最大的元素，也是一种非常清洁的能源。储氢合金所存储的氢的密度比液态氢大得多（液氢的密度为4.2×1022大气压/厘米3，而LaNi5的氢密度为6.2×1022大气压/厘米3），并且释放氢时所需的能量很小。储氢合金的工作压力很低，操作简单安全可靠。

研发中的储氢合金体系有AB5型混合稀土合金、AB2型Laves相合金、AB型钛铁系合金、A2B型Mg–Ni系合金和钒基固溶体合金等。储氢合金与气体氢发生反应时生成金属氢化合物，大量的氢以固态形式储存于储氢合金中。储氢合金的吸氢与放氢，实际上就是金属氢化物的形成与分解。储氢合金的基本特征是：能可逆地大量吸氢和放氢，伴随着吸（放）氢过程出现放（吸）热效应，对氢能选择性地吸收，吸放氢的平衡压力随温度急剧变化。储氢合金可用于镍–氢化合物电池、氢的储存和净化、氢同位素分离、氢气回收、热泵、制冷等。在储能方面储氢合金的应用主要有以下两方面：

①镍–金属氢化合物电池材料。这是一种以储氢合金作为负极材料的新型二次电池，其能量密度比镍–镉电池高1.5～2.0倍，且无镉的污染环境问题。所以，作为镍–镉电池的替代电池，已广泛应用作各种便携式电子器具、移动通信、计算机等的电源。在各种储氢合金中，AB5型混合稀土合金具有优良的性能价格比，作为负极材料广泛应用于镍–金属氢化合物电池。

②氢燃料储存器材料。氢的热值高，易点燃，燃烧时无有害气体和灰渣产生，是理想的环保能源之一。由于燃油汽车对都市环境造成危害，因而氢燃料汽车的发展备受重视。AB5型混合稀土合金是广泛应用的储氢材料，为提高其性能，对其化学组成和组织结构优化不断地开展着研究。锂电池与锂离子电池材料　作为一次电池的锂电池，是一种以锂作为负极活性物质的化学电池。

由于金属锂的电极电位最负(−3.03伏)，并且锂的密度很小，锂电池具有很高的能量密度，它是高能电池的重要品种。自20世纪70年代以来，以金属锂为负极的各种高比能锂一次电池相继问世，获得了广泛应用。其中以层状化合物γ·β二氧化锰作正极，以锂作负极和以有机电解液构成的锂电池获得最广泛的应用。

它是照相机、电子手表、计算器等各种具有存储功能电子器件或装置的理想电源。此外，还开发出锂–聚氟化碳电池、锂–二氧化硫电池、锂–硫化铜电池、锂–碘电池等。锂离子电池为二次电池，其原理为电池充电时锂离子从正极脱嵌，通过电解质和隔膜，嵌入负极中，反之当电池放电时锂离子又从负极中脱嵌，通过电解质和隔膜，重新嵌入到正极中。由于锂离子在正负极中有固定的空间和位置，因此，电池有很好的可逆性，其电容量大并且具有长循环寿命和安全性。锂离子电池的正极材料包括氧化钴锂（LiCoO2）、氧化镍锂（LiNiO2）、氧化锰锂（LiMn2O4）等材料。而负极材料为碳材料。作为正极材料的导电聚合物的研究也受到重视。电解质的作用为在电池的正负极间形成良好的离子导电通道。常用的电解质是由有机溶剂和锂盐构成的。聚合物电解质是目前很重要的研发方向，因它有利于实现电池的小型化。

自1990年锂离子电池问世以来发展迅猛，它能满足移动通信、笔记本电脑等对电源小型化、轻量化、工作时间长和对环境无污染的要求。钠–硫电池材料　这是一种新型高温固体电解质二次电池，其负极和正极分别为熔融的金属钠和硫，其电解质为β–氧化铝。钠–硫电池的工作温度为300～350℃，理论比能量很高（790瓦·时/千克），充放电循环寿命长(900次)，并且电池所用的原材料丰富，成本低。此种电池很受重视，目前仍处于研发中，以期用于电动汽车的动力源等。

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