单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1,新能源材料,New Energy Materials,材料加工工程,1,1新能源材料 New Energy Materials 1,标题添加,点击此处输入相,关文本内容,点击此处输入,相关文本内容,总体概述,点击此处输入,相关文本内容,标题添加,点击此处输入相,关文本内容,2,标题添加点击此处输入相点击此处输入总体概述点击此处输入标题添,3,主要分类,太阳能电池材料,储氢材料,新型二次电池材料,燃料电池材料,核能材料,3,3主要分类3,4,能源是人类社会生存和发展的重要物质基础,是现代文明的三大支柱之一,目前，世界能源消耗还是以煤、石油、天然气之类的,矿物能源,为主，不但,严重破坏生态环境,，而且,矿物能源不可再生,，,能源枯竭,已成为共识煤炭开采,海上石油开采平台,严重的生态破坏,4,4能源是人类社会生存和发展的重要物质基础,是现代文明的三大支,5,生态环境严重破坏：,1952,年,12,月，伦敦,烟雾,；,酸雨；,河流,干涸；,5,5生态环境严重破坏：1952年12月，伦敦烟雾；5,6,6,66,7,巨大的能源危机：,已开采,800,亿吨石油，按现在的开采速度，地球上已探明的,1770,亿吨,石油,储量,仅够开采,50,年,;,已探明的,173,万亿立方米,天然气,仅够开采,63,年,；,已探明的,9827,亿吨,煤炭,还可用,300,年到,400,年,;,已探明的,铀,储量约,490,万吨，,钍,储量约,275,万吨，全球,441,座核电站每年消耗,6,万多吨浓缩铀，,仅够使用,100,年左右,。
世界各国,水能,开发也已近饱和，,风能、太阳能,尚无法满足人类庞大的需求7,7巨大的能源危机：7,8,我国作为发展中大国，,能源消耗巨大，能源利用率不高，能源结构也不合理2009,年，,中国风力发电量达到了,25.8,亿瓦,，超过了德国的,25.77,亿瓦，仅次于美国,35,亿瓦；,2020,年，中国将投入足以实现年发电量,150,亿瓦的风力涡轮机，,成为世界最大的风能生产国,尽管在新能源领域有了大规模的增长，,但风力发电量只占据中国电力消耗总量的,1%,8,8我国作为发展中大国，能源消耗巨大，能源利用率不高，能源结构,9,为缓解和解决能源危机，科学家提出,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系统得以实现,，并提高其利用效率，降低成本发展新能源材料是解决能源危机的根本途径,9,9为缓解和解决能源危机，科学家提出资源与能源最充分利用技术和,10,新能源包括,太阳能,生物质能,核能,风能,地热,海洋能,氢能,太阳能,氢能,风能,潮汐能,地热,核能,10,10新能源包括太阳能氢能风能潮汐能地热核能10,11,新能源材料,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的关键材料,，主要包括：,硅半导体为代表的太阳能电池材料,储氢合金为代表的储氢材料,锂离子电池为代表的二次电池材料,质子交换膜电池为代表的燃料电池材料,铀、氘、氚为代表的反应堆核能材料,-,11,11新能源材料是指能实现新能源的转化和利用以及发展新能源技术,12,主要特点,新能源材料能把原来使用的能源转变成新能源,；,新能源材料可提高贮能效率，有效进行能量转换,；,新能源材料可以增加能源利用的新途径。
内蒙古四王子旗太阳能电池光伏电站,太阳能热水器,12,12主要特点内蒙古四王子旗太阳能电池光伏电站太阳能热水器12,13,太阳能电池材料,13,13太阳能电池材料13,14,太阳能在未来能源结构中占有重要地位,地球上一年接受的太阳能总量为,3.810,18,kW,，远大于人类对能源的需求量；,分布广泛，不需要开采和运输；,不存在枯竭问题，可以长期利用；,安全卫生，对环境无污染等人造卫星上的太阳能电池,14,14太阳能在未来能源结构中占有重要地位人造卫星上的太阳能电池,15,西班牙塞维利亚太阳能发电站,欧洲最大的太阳能电站，可供,18,万户使用，每年减排,60,万吨,CO,2,15,15西班牙塞维利亚太阳能发电站欧洲最大的太阳能电站，可供1,槽式太阳能,蝶式太阳能,16,槽式太阳能蝶式太阳能16,17,通过,光电转化,将,太阳辐射能转化为电能,加以利用是太阳能利用中最活跃的研究领域清华大学电力国家重点实验室,太阳能电池开发综合利用系统,17,17通过光电转化将太阳辐射能转化为电能加以利用是太阳能利用中,18,太阳能光电转化的核心装置是太阳电池,太阳电池的工作原理是,光伏效应,：太阳光照在半导体p-n结上，形成空穴-电子对，在p-n结内建电场的作用下，光生空穴流向p区，光生电子流向n区，接通电路后就产生电流。
这就是光电效应太阳能电池的工作原理光伏效应示意图,太阳能电池,18,18太阳能光电转化的核心装置是太阳电池光伏效应示意图太阳能,P,型半导体,N,型半导体,19,P型半导体N型半导体19,20,全球最大规模的光伏太阳能发电项目,鄂尔多斯市政府与美国,first solar,公司共建,2000,兆瓦太阳能光伏发电厂,20,20全球最大规模的光伏太阳能发电项目鄂尔多斯市政府与美国f,21,世博中国馆、主题馆，世博中心、演艺中心等永久建筑的屋顶和玻璃幕墙上安装总装机容量超过,4.68,兆瓦,的太阳能电池，每年能减排二氧化碳,4000,吨主题馆屋面太阳能板面积达,3,万多平方米，,是目前世界最大的单体面积太阳能屋面,，年发电量,280,万度，每年减排二氧化碳,2800,吨，节约标准煤,1000,多吨世博中国馆,世博主题馆,21,21世博中国馆、主题馆，世博中心、演艺中心等永久建筑的屋顶和,22,2011,年,5,月，世界首架,无污染太阳能飞机,进行跨国飞行,(,从瑞士飞抵布鲁塞尔需,13,小时,),，,飞行高度可达,8700,米,，,平均飞行速度为,70-120,公里,/,小时,用,超轻碳纤维材料,制成，总重,1.6,吨，由,4,台小型电力发动机驱动，,机翼配备,1.2,万个太阳能电池板，,翼展长度大约,64,米,。
22,222011年5月，世界首架无污染太阳能飞机进行跨国飞行(从,23,晶体硅太阳能电池,晶体硅太阳电池是以硅半导体材料制成的大面积,pn,结，在,p,型硅片上制作很薄的掺杂,n,型层，在,n,型层上制作金属栅线作为正面接触电极，在背面制作金属膜作为背面接触电极晶体硅太阳电池具有,性能稳定、资源丰富、无毒性等优点,，是目前市场上的主导产品单晶硅太阳能电池,多晶硅太阳能电池,23,23晶体硅太阳能电池晶体硅太阳电池是以硅半导体材料制成的大面,24,非晶硅太阳电池,非晶硅太阳电池是以非晶硅为基体的薄膜太阳电池，电池效率已达到,13,；世界总组件生产能力达到每年,50MW,，应用规模从手表、计算机等消费品用电源发展到兆瓦级的独立电站非晶硅太阳能电池,24,24非晶硅太阳电池非晶硅太阳电池是以非晶硅为基体的薄膜太阳电,25,化合物太阳能电池,化合物太阳电池所用材料包括,II-VI,族化合物和,III-V,族化合物,II-VI,族化合物包括,CdTe,和,CdS,等,，制成的薄膜太阳电池转换效率高、成本低、易于大规模生产III-V,族化合物包括,GaAs,和,InP,等,，可制成薄膜太阳电池，转换效率高、抗辐照性能好，是较理想的空间太阳电池。
太空站上的,GaAs,太阳电池,高原用的,GdTe,太阳电池,25,25化合物太阳能电池化合物太阳电池所用材料包括II-VI族化,26,纳米太阳电池,纳米太阳电池,(,简称,NPC,电池,),是一种由,镀有透明导电膜的导电玻璃、多孔纳米,TiO,2,、染料光敏化剂、固体电解质膜以及铂电极,组成的一种光电化学式电池纳米太阳电池的结构,26,26纳米太阳电池纳米太阳电池(简称NPC电池)是一种由镀有透,27,中国尚德电力和澳大利亚斯威本科技大学,已研制出最高效的宽波段纳米薄膜太阳电池，,光电转化效率为,8.1%,为捕获更多太阳光，将,金,/,银纳米粒子,嵌入薄膜中，增加电池可吸收太阳光的波长范围，提高光子转化电子效率；,进一步使用,有核的或表面凹凸不平的纳米粒子,，大幅提高薄膜的比表面积Xi Chen,Baohua Jia,et al,Broadband Enhancement in Thin-Film Amorphous Silicon Solar Cells Enabled by Nucleated Silver Nanoparticles,nano letters,doi.org/10.1021/nl203463z|Nano Lett,27,27中国尚德电力和澳大利亚斯威本科技大学已研制出最高效的宽波,28,储氢材料,28,28储氢材料 28,29,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,1.410,5,kJ,，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，水中含氢量达到,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、化学热泵等氢能的开发利用已成为世界特别关注的科技领域29,29氢能是人类未来的理想能源29,30,氢能利用关键是高密度安全储存和运输技术,氢密度很小，单位重量体积很大目前市售氢气一般是在,150,个大气压下储存在钢瓶内，氢气重量不到钢瓶重量的,1/100,，且有爆炸危险，很不方便为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、无机化合物、有机化合物以及合金化合物四大类储氢材料,常用高压氢气瓶,30,30氢能利用关键是高密度安全储存和运输技术常用高压氢气瓶3,31,活性炭储氢,活性炭比表面积可达,2000m,2,/g,以上，低温加压可吸附储氢活性炭,原料易得，吸附储氢和放氢操作都比较简单,富勒烯,(C,60,),和碳纳米管,(CNT),对氢气具有较强的吸附作用单层碳纳米管的吸氢量比活性炭高，,H,2,的吸附量可达,5,-10,(,质量分数,),，有望成为新一代储氢材料,。
富勒烯,C,60,碳纳迷管,31,31活性炭储氢活性炭比表面积可达2000m2/g以上，低温加,32,合金化合物储氢,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,氢原子容易进入金属晶格的四面体或八面体间隙，形成金属氢化物，如,TiH,2,、,ZrH,1.9,、,PrH,2.8,、,Ti,1.4,CoH,、,LaNi,5,H,、,MmNi,4.5,H,6.6,等氢原子在合金化合物中的占位：,(a),四面体；,(b),八面体,a,b,32,32合金化合物储氢在一定温度和氢气压力下能多次吸收、储存和释,33,储氢合金,可储存比其体积大,1000-1300,倍的氢,，而且合金中存储的氢结合力较弱，当金属氢化物受热时又可释放氢气储氢合金的储氢量比较,33,33储氢合金可储存比其体积大1000-1300倍的氢，而且合,34,储氢合金材料达到实用目的，必须满足下列要求：,储氢量大，能量密度高,；,吸氢和放氢速度快,；,氢化物生成热小,；,分解压适中,：,容易活化,；,化学稳定性好,；,在储运中安全、无害,；,原料来源广、成本价廉,34,34储氢合金材料达到实用目的，必须满足下列要求：34,35,新型二次电池材料,35,35新型二次电池材料35,36,一次电池使用后常随普通垃圾一起被丢弃或掩埋，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。
二次电池或蓄电池：,放电时通过化学反应产生电能，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。
