鄂教版科学九下《材料与能源》word教学参考

鄂教版科学九下《材料与能源》word教学参考

锂电池、太阳能电池、燃料电池进展迅速并带动相关材料产业的进展。现在的能源材料要紧有：金属氢化物镍电池材料、锂离子二次电池材料、燃料电池材料、太阳能电池材料、核能材料等。

电池与能源材料目前状况：

中国电池新材料市场要紧以锂电池材料和太阳能电池材料为主。由于国内燃料电池离大规模应用尚需一段时日，且国内厂商在技术和生产工艺上与国际水平存在差距，目前国内燃料电池材料几乎全部依靠进口。中国已形成锂电池相对完整的产业链，在锂电池材料的配套方面占有一定的优势。在锂电池材料市场，中国厂商迅速崛起，在正极材料、负极材料、电解液市场竞争力逐步增强。2009年，电池材料行业传统下游手机、笔记本和电动工具等行业的状况不断好转，给行业带来了转机。受益于新能源汽车概念，锂离子电池行业的现状好于镍氢电池。2010年，作为镍氢电池之后、燃料电池之前的产品，锂离子电池正迅速蹿红。磷酸铁锂电池用于自行车、摩托车及手机、电脑及数码产品等，技术差不多成熟，目前我国小功率锂离子电池产量占全球三分之一多，然而国内厂家将磷酸铁锂电池用于大功率汽车内的产量却专门少。车载动力蓄电池成本占混合动力汽车全部成本的30％至50％，一旦新能源汽车兴起后，锂离子电池及电池材料市场有望显现爆发性增长。尽管铅酸、镍氢在目前及以后数年仍占主导，但正如手机中锂离子电池快速挤占镍氢电池一样，锂离子电池会快速抢占传统电池市场。磷酸铁锂材料是最新研制的锂离子电池材料。从目前各种锂离子电池的性能对比看出，磷酸铁锂电池是目前最适合用于电动汽车产业化运用的锂离子电池。

由于技术进入门槛高，投资收益高、连续时刻长，电池新材料领域成为企业专门是上市公司扩大利润来源、提升业绩的重点产品之一。电池正极、负极材料、电解液市场已相对成熟，而锂电池隔膜的国产化过程包蕴着较大的市场机会；太阳能电池市场进展迅速，技术不断进步，有机材料将是太阳能电池材料的首选，市场潜力庞大；燃料电池材料市场资金投入不足，材料制备和技术工艺有待突破。

电池的进展拉动能源材料的需求

一、电池市场增长迅速，带动能源材料市场成长。

随着全球经济进展对能源材料需求增加，以及手机、笔记本电脑、数码相机、摄像机、汽车等产品对新型、高效、环保能源材料的强劲需求，全球锂电池、太阳能电池、燃料电池进展迅速，从而带动了相关材料产业的进展，电池新材料市场稳步成长。

二、锂电池材料市场规模受价格变动略有波动，市场份额差不多稳固。在锂电池市场增长的拉动下，锂电池材料整体市场呈上升趋势。

以锂离子电池为动力的电动汽车是我国在猛烈的国际竞争中难得的一次历史机遇。被人类给予厚望的锂离子电池，或许将开创一个“锂资源时代”。

自锂离子电池大规模商用化以来，凭借其优异的性能，不断攻城略地，现已牢牢占据二次电池的高端市场。而正、负极材料百花齐放的进展局面和优异的性能也使锂离子电池成为当前最有进展前景的绿色二次电池。锂离子动力电池的技术进步专门快，电池组循环寿命已超过1000次，每千瓦时电池的成本已低于3000元。假如电动轿车安装24千瓦时电池组，一次充电续驶里程大于200公里，锂电汽车在10年内用电成本约为1万元。传统燃油车在10年内的加油费用至少8万元。而使用锂离子电池，即使10年内更换一次电池，使用成本多花7.2万元，总共8.2万元。两种车的使用成本差不多相同，而且，换下来的电池组还有初始容量的70%~80%，能够作为静态储能使用。这也是目前和锂电池概念沾边的股票都被热炒的要紧缘故。

技术进步使锂电池制造成本大幅降低，目前已接近镍氢，大容量成为可能；我国进展锂电汽车既有可与发达国家相竞争的技术优势，又有发达国家所没有的资源优势和市场优势。我国小功率锂离子电池早已产业化，形成上下游结合的完整产业链，电池产品超过世界市场的1/3，中日韩三国已成三足鼎立之势。锂离子动力电池在技术上差不多达到国际先进水平，产业化条件也已差不多成熟，具备参与国际竞争的实力。锂离子电池的原材料在我国来源极为广泛。我国是世界锂资源大国，专门是青海和西藏的盐湖有大量锂资源，盐湖的开发不仅为低成本锂离子电池提供原材料，也有利于西部地区的进展。永磁同步电机具有体积小、重量轻和效率高的特点，是锂电汽车的要紧关键部件，而我国是稀土永磁材料大国，为锂电汽车提供了材料保证。目前，对碳电极材料的研究十分活跃，今后仍是锂离子电池研究的重点。锂离子电池将是继镍镉、镍氢电池之后，在下世纪相当长一段时刻内市场前景最好，进展最快的一种二次电池。

磷酸铁锂是引发锂电革命行业的一种新兴材料，是锂电池行业进展的最前沿。磷酸铁锂电池由于其自身的优势被广泛应用于混合动力汽车、电动工具、电动自行车、电动助力车、发电储能装置等各个领域。混合动力汽车（HEV）是以后数年内新能源汽车的要紧进展方向。随着混合动力汽车产量的不断增加，混合动力汽车占有率的提升，磷酸铁锂电池市场规模将快速增长，2010年混合动力汽车应用磷酸铁锂电池市场规模超过千亿元。目前国际上在磷酸铁锂领域的领先企业要紧有3家，分别是美国的A123、加拿大的Phostech以及美国的Valence，把握较为成熟的量产技术。中国企业从2001年开始连续启动磷酸锂铁材料开发，当前，国内的磷酸铁锂产业投资热正在兴起，其势头超过了其他任何国家。截至 2009年，全国共有50-60家电芯厂商立即或差不多完成生产线的购置，进行产能扩张，其中已进入工业化批量生产并向市场稳固供货的企业有天津斯特兰、北大先行、比亚迪、湖南杉杉新材料等8家，其余都在中试时期，2009年在建产能2500吨，全部达产后，产能合计为5000吨左右。全球磷酸铁锂的供给缺口将达到10万吨。

三、太阳能电池市场规模上升，对硅材料需求增长。

在太阳能电池中，硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟，在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位。随着全球太阳能电池的广泛应用，太阳能电池硅材料需求增加。在太阳能电池重要原材料硅片市场，全球市场连续保持上升趋势。

燃料电池进展潜力受关注，关键材料和工艺有待突破。

燃料电池是以氢气或含氢化合物如甲醇，与氧气或空气进行电化学反应，生成水，放出电子而形成电流，具有高效、环保、静音的优点，其广泛用于汽车、军事和笔记本电脑等便携场合。其中，燃料电池汽车被业内认为是21世纪最有进展前途的环保汽车，全球40家要紧汽车制造商中有25家投人大量人力、物力致力于燃料电池汽车的研发；2006年底德国海军两艘燃料电池潜艇的服役拉开了燃料电池大规模军用的序幕；日本除了开发出大量用于笔记本电脑、数码相机和手机的燃料电池外，还将普及家用燃料电池，推测到2020年，其家用燃料电池市场规模将达3075亿日元。

在材料方面，催化剂、导电膜和双极板的供应、材质是阻碍以后燃料电池市场成长的因素。以质子交换膜材料为例，全球要紧燃料电池开发国家均投入相当大的人力和物力研究开发质子交换膜，但大多局限在几种过去已知的质子交换膜材料种类上。由于现时期这些质子交换膜特性无法完全满足实际应用的要求，目前技术的进展离大规模应用尚有一段距离。

电池的以后在一定程度上取决于以后的能源材料

一、锂钴镍氧化物、纳米化碳材、有机电解液混合使用、薄型化隔离膜是以后锂电池材料的进展方向。

在锂电池正极材料方面，可供选择的材料有钴酸锂(LiCoO2)、镍酸锂(LiNiO2)、锰酸锂(LiMnO4)及上述复合氧化物等，以后锂钴镍氧化物有可能取代目前锂钴氧化物的正极材料。

目前常用的负极材料是中间相碳微球，具有球状结构、堆积密度大、具有层状分子平行排列结构，是锂电池负极代表性材料，以后可能采纳纳米化碳材(Nano-sized Carbon Materia1)。

电解液方面，近年来要紧进展趋势是将多种不同性质的有机电解液加以混合使用，例如低黏度的二甲基乙烷(DME)、二甲基碳酸盐(DMC)及二甲基亚砜(DMSO)等。电解质的稳固性也是当前研究锂离子蓄电池的一个关键技术。

二、硅太阳能电池暂居市场主导，薄膜太阳能电池成为以后市场主流。

由于光电能转换效率较其它种类的太阳电池高，硅太阳能电池现在仍旧是太阳能市场的主流。非晶硅太阳能电池长期使用时稳固性有问题；CdS/CdTe效率和非晶硅太阳能电池差不多，但有环保问题：另外CIS(Copper Indium Selenide)经济效益不高，短期内实现商品化有困难，化学太阳能电池使用期限及稳固性都