材料科学进展--新能源材料1
能源化学和材料研究的发展现状和未来趋势
能源化学和材料研究的发展现状和未来趋势能源化学和材料科学是当今发展最迅速的领域之一。
随着世界各国对环境保护的重视和对能源需求的不断增加，能源化学和材料研究的重要性越来越凸显。
本文将介绍能源化学和材料研究的发展现状和未来趋势。
一、能源化学的发展现状1.1 新能源材料的研究新能源材料研究一直是能源化学的热点领域。
随着可再生能源（如太阳能、风能等）的不断发展和广泛应用，新能源材料的研究也成为了当今能源化学的重要方向。
例如，太阳能电池的材料研究已经取得了显著的进展。
目前最常用的硅基太阳能电池具有较高的能量转换效率，但是制备成本较高。
发掘新型太阳能材料，寻找成本更低、效率更高的太阳能电池材料是当前研究的目标之一。
1.2 电化学储能系统的发展随着新能源的普及和应用，电池储能技术成为发展的一大瓶颈。
电化学储能技术是目前最热门的研究领域之一。
以锂离子电池为代表的电化学储能系统在移动电源、电动汽车、能源储备系统等方面得到广泛应用。
近年来，电池系统的容量、性能、安全性等方面都得到了极大的改善，如体积更小、容量更大、循环寿命更长的锂离子电池、超级电容器等。
电化学储能的研究还包括能源转换、新型储能系统和高性能电子器件等，为新能源的开发和利用提供更多选择。
二、材料科学的发展现状2.1 智能材料的研究智能材料是近年来材料科学中的新兴领域，其研究内容包括感应变形、光控性、温度敏感性、力学变形等。
这些材料可以根据外界环境变化自动调整结构和性能，具有极高的应用价值。
例如，温度敏感聚合物可用于制作智能灯泡、智能玩具；另一方面，光控性材料可以制作智能眼镜、智能窗等等。
未来，智能材料的应用领域将会越来越广泛。
2.2 基础材料的研究基础材料是材料科学的基础研究领域，包括但不限于金属、陶瓷、高分子、生物材料等。
这些基础材料在各个领域中都起着重要的作用，如金属材料在航空、轨道交通、车辆制造等领域中得到广泛应用；陶瓷材料在电子元件、热工业、陶器等方面也起到了重要作用。
材料科学在新能源领域中的应用发展
材料科学在新能源领域中的应用发展随着环境问题的日益突出和能源供应的紧张，新能源的开发和应用已成为世界各国的重要议题。
而在新能源领域中，材料科学的应用起到了至关重要的作用。
材料科学的快速发展为新能源技术的突破提供了基础，并推动了新能源领域的持续创新。
在新能源领域中，材料科学的应用主要涉及到能源转换和能源存储两个方面。
能源转换方面，材料科学的发展为太阳能、风能、水能等各种新能源的转换技术提供了关键的支持。
例如，太阳能光电转换领域的发展得益于新型光伏材料的研究和开发。
高效的光伏材料可以将光能转化为电能，并广泛应用于太阳能电池板的制造。
此外，研究人员正在努力发展更高效的光伏材料，以提高光电转换的效率，并降低太阳能的成本。
在风能领域，材料科学的应用主要涉及到风力发电装备的研发和改进。
先进的材料可以提高风力发电机组的效率和耐久性。
例如，利用复合材料可以降低风力发电机组的重量，提高风力转换效率。
同时，耐腐蚀性能优良的材料可以延长风力发电机组的使用寿命，降低运维成本。
此外，材料科学的发展还为风能储能技术提供了支持。
例如，通过研究新型储能材料，提高风能储能系统的效率和可靠性。
能源存储是新能源应用的重要环节，而材料科学的进步也为能源存储技术提供了新的可能性。
在电池领域，材料科学的发展为锂电池、钾离子电池、钠离子电池等新型电池的研究和开发提供了基础。
优质的电极材料和电解质材料可以提高电池的能量密度和充放电效率。
此外，材料科学的进展还为超级电容器的发展提供了支持。
通过研究新型电极材料和电解质材料，提高超级电容器的能量密度和循环寿命，从而满足能源存储的需求。
除了能源转换和存储，材料科学的应用还涉及到能源输送和节能减排。
在能源输送方面，新材料的应用可以提高输电线路的传导效率，减少能源损失。
例如，利用超导材料可以大大提高电能输送的效率，减少电能的损耗。
此外，材料科学的进步还为传热领域的研究提供了支持。
通过研究新型热传导材料，可以提高热能的传导效率，减少能源的浪费。
材料科学在新能源开发中所起到的关键作用
材料科学在新能源开发中所起到的关键作用引言：随着环境污染和能源供给紧张问题的日益严重，新能源的开发与利用已经成为全球关注的焦点。
作为一门独立的学科，材料科学在新能源领域的研发中发挥着至关重要的作用。
本文将重点讨论材料科学在新能源开发中所起到的关键作用，并探讨其在太阳能发电和储能、风能发电和储能、地热能和生物质能等领域的应用。
一、材料科学在太阳能发电和储能中的关键作用1. 太阳能电池的材料研发太阳能电池是将太阳能转化为电能的关键设备，而材料科学在太阳能电池的研发中具有举足轻重的作用。
通过对光吸收、电子传输和载流子分离等方面的材料性能进行研究和优化，科学家们不断提高太阳能电池的能量转换效率和稳定性。
例如，硅基太阳能电池多年来一直是主流技术，但通过引入新的材料如钙钛矿材料等，科学家们成功地提高了光电转换效率，并且降低了制造成本。
2. 太阳能电池的可靠性和耐久性研究太阳能电池在实际应用中经常暴露在恶劣的环境条件下，如极端温度、紫外线辐射和湿度等。
因此，材料科学家致力于研究太阳能电池的耐久性，以提高其使用寿命和可靠性。
他们研究新材料的稳定性和抗腐蚀性能，开发新的涂层材料和封装技术，以保护太阳能电池并减轻环境对其造成的损害。
3. 太阳能储能材料的研究太阳能储能是利用太阳能发电后将其转化为其他形式的能量，并在需要时释放出来。
材料科学在太阳能储能材料的研究中起到了关键作用。
例如，锂离子电池、钠离子电池和氢能储存等技术，都需要通过研究和开发新材料来提高储能密度、循环寿命和安全性。
材料科学家们通过设计和合成新的电极材料和电解质材料，为太阳能储能技术的发展提供了基础支持。
二、材料科学在风能发电和储能中的关键作用1. 风力发电机材料的研究风力发电是利用风能转化为电能的一种可再生能源方式。
而风力发电机的材料研发对于其效率和可靠性至关重要。
材料科学家们研究风力发电机的叶片材料，追求高强度、轻质和耐腐蚀的材料，以便在高风速和恶劣天气条件下能够稳定运行。
材料科学在能源领域中的应用
材料科学在能源领域中的应用随着世界人口数量的不断增加以及经济发展的快速推进，全球对能源的需求量不断增加。
然而，传统的化石能源已不能满足人们对能源的需求，同时也带来了环境污染和气候变化等诸多问题。
因此，寻找新能源成为了当前全球应对能源危机的首要任务。
在这个过程中，材料科学发挥了重要作用，通过研究和开发新型材料，帮助我们更好地利用新能源和传统能源，实现可持续发展。
本文将从太阳能、风能和新型电池三个方面，探讨材料科学在能源领域中的应用。
一、太阳能太阳能是目前被广泛研究和开发的新能源之一。
而材料科学在太阳能领域中的应用则主要集中在太阳能电池的研制上。
太阳能电池最大的问题是其效率不高。
材料科学家通过对太阳能电池材料的研究，旨在提高太阳能电池的效率，使其更加可靠和经济实用。
一种常见的太阳能电池材料是硅。
这种材料的效率高，但成本较高。
材料科学家目前正在研究使用便宜的材料来制造太阳能电池，以便将太阳能电池的使用范围扩大到更多的家庭和企业。
此外，材料科学家还在研究锗和碳纳米管等新材料，以替代目前使用的硅材料，提高太阳能电池的效率。
二、风能风能也是一种新能源，可以广泛用于发电。
材料科学在风能领域中的应用主要关注风力发电时所使用的风轮材料。
风轮材料需要具有高强度、轻重量和耐腐蚀性等特点，以保证其长期使用和安全性。
目前，材料科学家主要使用碳纤维复合材料来制造风轮。
这种材料非常轻便，但却拥有极高的强度。
材料科学家也密切关注新型纳米材料的发展，如碳纳米管、石墨烯等，以改进风轮的设计和制造，从而提高风能的转换效率。
三、新型电池新型电池是目前能源领域最受关注的领域之一。
材料科学在新型电池领域的应用关注电池的设计、制造和优化。
新型电池可以广泛用于各种需要电能的设备和系统，如汽车、船舶、移动设备以及储能系统等。
锂离子电池是目前最为流行的新型电池之一，其关键是正极材料。
材料科学家正在研究锂离子电池的正极材料，以提高电池的能量密度和循环寿命。
能源材料科学的新领域与研究进展
能源材料科学的新领域与研究进展随着人们对可持续发展的要求越来越高，能源材料科学成为研究热点之一。
能源材料学是研究能源材料的结构、性能、制备、应用和评价的学科。
本文将探讨能源材料科学的新领域与研究进展，以期能够为相关研究者提供一些有益的参考。
一、能源存储材料随着电动车等应用的广泛推广以及风电、太阳能等新能源的快速发展，能源储存问题逐渐凸显。
而能在电化学反应中承担各种功能的材料称为电极材料，包括正极和负极。
电极材料与电解质配对形成的电池被广泛地应用于便携电子设备、电动车、储能电站等方面。
目前，商业化储能设施主要基于锂离子电池，但基于多种不同电化学实现的能源储存技术也在快速发展。
例如，热电材料被认为是一种潜在的能量转换策略，基于这种策略，实现了热电器件和热电系统利用废热和废热能的转换和利用。
研究者们已经开发出了多种热电材料，包括光电催化材料、非晶态材料和低维材料等。
另外，自旋电子材料也是当前能源储存研究的一个领域，例如储能饱和材料、氢新敏感材料等。
二、光催化材料及其应用光催化材料具有可再生、低能耗、环保等特点，因此在能源领域被广泛应用。
光催化材料的基本原理是利用光的能量激发电子，使其在材料表面产生固体-杂质界面，进而发生电荷转移，产生化学反应。
目前，研究者们已经开发出了多种光催化材料和技术。
例如，石墨烯光催化材料能够通过电荷传输途径使太阳能转化为化学能，在水中进行氧化还原反应从而产生氢气。
此外，复合半导体纳米材料也是研究热点，它们具有稳定性好、表面光催化反应明显等优点，在光催化领域具有广泛的应用前景。
三、太阳能电池与其它新型能源材料太阳能是一种可再生的绿色能源，太阳能电池是将太阳能转化为电能的有效途径。
在太阳能电池方面，热敏电池和有机太阳电池是代表性的研究方向。
热敏电池具有高效率、低成本和大规模制备等优点，而有机太阳电池则被广泛研究。
这是因为该电池具有透明、柔性、可制备和低成本等特点。
近年来，有机太阳电池的研究已经进入了一个全新的发展阶段，特别是在光学特性、电学性质、光电特性与器件制备等方面，研究者们也提出了许多新的想法和应用。
材料科学与新能源技术讲座
材料科学与新能源技术讲座材料科学与新能源技术讲座尊敬的各位听众，大家好！我是XX大学材料科学与新能源技术专业的讲座主讲人，今天非常荣幸能够在这里给大家介绍一下材料科学与新能源技术的最新进展和应用。
首先，我们来谈一谈材料科学的意义和重要性。
材料是现代科学技术的基础，是科技发展的“先导军”，在国家工业和国防建设中起着至关重要的作用。
材料科学研究的目标是发现、设计和合成具有特殊功能和特殊性能的新材料，并将其应用到现代工业、医学、信息技术和能源技术等领域。
材料科学的发展不仅可以推动传统产业的升级，还可以创造新的产业和就业机会，对于实现高质量发展和经济可持续发展具有重要意义。
而新能源技术的发展则是提供持续、清洁和高效能源的关键。
现如今，随着全球对于环境污染和能源危机的日益关注，新能源技术得到了前所未有的重视和发展。
传统的化石能源已经显示出了显著的问题，包括资源枯竭、环境污染和气候变化等。
因此，开发和利用新能源成为了全球研究的热点和紧迫任务。
通过材料科学的研究，我们可以设计和合成具有高效转能性能和较低成本的材料，用于太阳能、风能、地热能等新能源的转换和储存。
这不仅可以减少对传统能源的依赖，还可以降低能源的消耗和环境污染，实现可持续发展的目标。
接下来，我们来看一下材料科学与新能源技术之间的联系和应用。
材料科学提供了新能源技术发展所需的各种材料，包括光伏材料、储能材料、催化材料等。
例如，在光伏领域，材料科学家通过研究发现了许多高效的太阳能电池材料，如硅、铜铟镓硒等，不断提高太阳能电池的光电转换效率和稳定性。
在储能领域，材料科学家开发了各种高性能电池材料，如锂离子电池、钠离子电池和锂硫电池等，用于电动车、智能手机和可再生能源储备等应用。
而在催化领域，材料科学家设计合成了许多高效的催化剂材料，如铂、钯和铜等，用于水裂解和CO2还原等反应，以实现清洁能源的产生和利用。
最后，我想强调的是，材料科学与新能源技术的研究和应用需要多学科的合作和创新。
2.材料科学进展新能源材料2
工作原理
2.锂离子电池结构及工作原理
各类锂电池产品
LIB工作原理
锂离子电池是由两 个能可逆的嵌入与脱 嵌的锂离子的化合物 作为正负极构成的二 次电池。充电时,锂离 子从正极中脱嵌, 在负 极中嵌入, 放电时反之。
LIB电池涉及的材料
正极材料； 负极材料； 电解质材料； 聚合物隔膜； 正负极导电添加剂； 正负极活性物质； 电池壳； 密封件； 防爆片
LIB电池负极材料
1、金属锂 解决金属锂负极不稳定的方法： 1）寻找新的负极材料； 2）采用聚合物电解质避免Li与有机溶剂反应； 3）改进有机电解液配方。
LIB电池负极材料
2、锂合金 • 各种常见锂合金材料：LiAl, LiPd, LiSn, LiBi, LiIn, LiAlFe, LiAlB, LiSi等。
2、有机太阳电池 3、光化学太阳电池
太阳能电池材料
电池种类
单晶硅 多晶硅 硅多晶薄膜 非晶硅 GaAs CdS/CdTe 硒镓铟铜
转换效率（%）
24 19 12 10 30 15 14
太阳能电池材料
空间电源系统的面积 随太阳能电池转换效 率的提高而不断减小
DJ:GaInP/GaAs/Ge
太阳能电池材料
LIB电池正极材料
LIB电池正极 材料不仅作为电 极材料参加电化 学反应，而且可 作为离子源。大 多为含锂的过渡 族金属化合物。
LIB电池正极材料及其放电电位
LIB电池正极材料
三种主要的LIB电池正极材料LiCoO2, LiNiO2和 LiMn2O4的性能对比
理论比 密度 实际比容 量 容量 （mAh/g) （mAh/g) (g/cm3)
锂离子电池
笔记本电脑及其锂离子电池
6.材料科学进展--新能源材料1
Mg (Target 3.5wt%)
BCC (TiCrV)
0.05
AB2
MgNiV
BCC (TiCrV)
Conventional Alloys
0.01 1.0
2.0
3.0Biblioteka 4.05.06.0 7.0 8.0
10.0
Gravimetric Density , wt%
负极材料（储氢材料）
AB5型混和稀土系储氢合金
海洋能
潮汐的发生是地球受月球和太阳引力的影响而引 起的涨潮时海水向岸边冲去，落潮时又退回海中， 每天有规律地往复运动。受海岸、港湾地形的影 响，海面的高度在高潮和低潮时有很大差别。可 以用来推动机械装置，又可以用来发电。
氢能
氢是理想能源，热值高、无污染。 存在的问题：1）氢的来源，只能通过电解水，太 阳能分解水，生物制氢，以及化工、冶金等流程制 氢，这就需要消耗能源；2）在存储、运输及应用 过程中易爆，使材料产生氢脆、氢腐蚀，以及氢渗 漏等。 利用方式： 1）直接燃烧；2）储氢：将材料与氢结合成为氢化 物，需要时加热放氢，放完后还可继续充氢。如储 氢合金是高能蓄电池的负极。
金属氢化物 镍电池材料
正极材料（ Ni(OH)2 ）； 负极材料（储氢材料）； 制备电极的基板材料； 电介质材料； 聚合物隔膜； 添加剂； 电池壳体； 密封件；
高密度球形Ni(OH)2正极材料
制备方法： 1）化学沉淀晶体生长法（最常用）； 镍盐+碱形成微晶核，再长成球形Ni(OH)2 硫酸镍+氢氧化钠+氨水+添加剂 2）镍粉高压氧化催化法；
Ni/MH电池材料
1960年代，荷兰和美国先后发现LaNi5和 MgNi5具有可逆吸放氢性能； 1973，将 LaNi5作为二次电池负极材料研究； 1984，解决了LaNi5合金在充放电过程中的容 量衰减迅速的问题，实现了利用储氢合金作 为负极材料制造Ni/MH电池的可能； 1987年，工业化Ni/MH电池投产。
材料科学与新能源技术
材料科学与新能源技术材料科学与新能源技术在当今社会中具有重要意义，它们的发展对于环境保护和经济发展都起着至关重要的作用。
本文将介绍材料科学在新能源技术领域的应用，以及材料科学与新能源技术发展之间的关系。
第一部分：材料科学在新能源技术中的应用1.太阳能电池太阳能电池是一种将太阳能直接转化为电能的设备。
太阳能电池的关键组件是半导体材料，这种材料可以将太阳光转化为电子能，从而产生电流。
在材料科学的帮助下，科学家们不断改进太阳能电池的效率和稳定性，使其成为可靠的新能源技术之一。
2.燃料电池燃料电池是一种将化学能转化为电能的设备。
燃料电池的关键组件是催化剂，它可以促进燃料和氧气的反应，并将化学能转化为电能。
材料科学的发展使得催化剂的性能得到提升，从而提高了燃料电池的效率和可靠性。
3.锂离子电池锂离子电池是一种常用的可充电电池。
锂离子电池的关键组件是电解质和电极材料。
电解质可以实现锂离子的传输，而电极材料可以储存锂离子。
材料科学的研究使得锂离子电池的容量和循环寿命得到了显著提升，从而推动了电动车等新能源产品的发展。
第二部分：材料科学与新能源技术的关系材料科学与新能源技术是密不可分的。
新能源技术的发展需要先进的材料来支撑，而材料科学的发展也受益于新能源技术的需求。
首先，材料科学为新能源技术提供了基础。
新能源技术需要具有高效转换能力和长寿命的材料来实现能源转化和存储，例如太阳能电池和锂离子电池等。
材料科学的发展提供了各类性能优良的材料，从而推动了新能源技术的突破。
其次，新能源技术的需求推动了材料科学的发展。
新能源技术的快速发展提出了更高的材料需求，例如对太阳能电池和燃料电池等器件的效率和稳定性要求越来越高。
为了满足这些需求，材料科学家们进行了大量的研究与探索，不断开发出新型的材料。
总结在当今社会中，材料科学与新能源技术的发展相互促进，共同推动了社会的经济和环境可持续发展。
通过不断改进材料的性能，我们能够更高效地利用新能源，减少对传统能源的依赖，并降低对环境的影响。
材料科学与工程(新能源材料)专业实验指导书
材料科学与工程（新能源材料）专业实验指导书材料科学与工程（新能源材料）教研室2014年01月目录新能源材料基础实验实验一绪论 (1)实验二水热法制备二氧化钛纳米材料 (9)实验三粉体粒度分布的测定 (11)实验四再沉淀制备有机半导体微粒 (13)实验五材料紫外可见光谱测试 (18)实验六材料红外性能测试 (22)实验七溶胶-凝胶法制备TiO2纳米薄膜材料 (27)实验八钢铁表面化学镀镍工艺实验 (30)实验九电化学方法沉积镍工艺实验 (32)实验十铝膜的热蒸发沉积 (34)实验十一磁控溅射制备氧化物薄膜 (40)实验十二线性电位扫描法测定银在KOH溶液中的电化学行为 (44)实验十三交流阻抗法测量电极过程参数 (46)新能源材料专业实验实验一敏化太阳能电池制备及性能测试 (48)实验二硅太阳电池制备及性能测试 (54)实验三锂电池电极材料的制备及性能表征 (57)实验一绪论一、实验目的1、了解实验的基本程序2、了解实验室安全知识3、掌握实验数据处理方法二、实验的基本程序1、实验预习实验前要理解实验原理、了解实验过程和步骤、主要仪器的使用方法和注意事项，写好预习报告。
预习报告要求包括完成实验报告的四个部分，包括是实验目的、实验原理、实验步骤、列出相关数据表格。
只有写好预习报告才允许进入实验室进行实验。
实验前的充分准备是做好实验的前提。
2、实验操作在了解仪器的操作原理与使用方法及注意事项的基础上，根据实验原理与要求调整仪器，进行仪器观察和测量，并将原始数据记录在预先设计的数据表上，实验后将其整理写入报告。
对异常现象要特别关注，遇到一些不能解释的现象要多加探讨。
如果操作中出现不正常现象（如烧焦味、异常声音等）要及时向指导老师报告。
操作完毕，得到指导老师对测试数据认可，并把所用的实验仪器整理好以后，方可离开实验室。
3、实验报告完成实验报告是一个实验成功的最后一步，仅有完整的测量数据不一定能顺利地得出预期的结果。
新能源在材料科学领域的创新应用
新能源在材料科学领域的创新应用在当今时代，能源问题成为了全球关注的焦点。
传统能源的有限性以及其使用所带来的环境问题，促使我们不断探索和发展新能源。
而新能源的开发和利用，离不开材料科学领域的创新。
材料科学的进步为新能源的高效转化、储存和应用提供了坚实的基础。
新能源主要包括太阳能、风能、水能、生物能、地热能等。
这些能源的获取和利用，往往依赖于高性能、高效率的材料。
以太阳能为例，太阳能电池的核心就是半导体材料。
传统的硅基太阳能电池虽然已经广泛应用，但由于其成本较高、制作工艺复杂等问题，限制了其更广泛的普及。
因此，研究人员一直在寻找新型的太阳能电池材料，如钙钛矿材料。
钙钛矿材料具有优异的光电转换性能，且成本相对较低，有望成为下一代太阳能电池的主流材料。
在风能领域，材料的创新同样至关重要。
风力发电机的叶片通常由复合材料制成，如玻璃纤维增强复合材料或碳纤维增强复合材料。
这些材料具有高强度、高刚度和轻质的特点，能够承受强风的冲击，同时提高风能的转化效率。
此外，为了提高风力发电机的可靠性和使用寿命，还需要研究和开发耐疲劳、耐腐蚀的材料。
新能源汽车的发展也离不开材料科学的支持。
电池是新能源汽车的核心部件之一，而电池性能的提升很大程度上取决于电极材料和电解质材料的创新。
目前，锂离子电池是新能源汽车中最常用的电池类型，但锂离子电池存在能量密度有限、充电时间长、安全性等问题。
为了解决这些问题，研究人员正在探索新型的电极材料，如三元材料、磷酸铁锂等，以及固态电解质材料，以提高电池的性能和安全性。
除了能源的转化和储存，新能源在传输和分配方面也对材料提出了新的要求。
例如，在电力传输中，超导材料的应用可以大大降低能量损耗。
超导材料在低温下具有零电阻的特性，能够实现高效的电力传输。
然而，目前超导材料的应用还面临着一些技术难题，如需要极低的温度条件等。
因此，开发高温超导材料成为了材料科学领域的一个重要研究方向。
在生物能领域，材料的创新主要体现在生物燃料的生产和转化过程中。
材料科学中的新型能源材料
材料科学中的新型能源材料近年来，全球范围内关于环境保护和气候变化的讨论越来越热烈，越来越多的人开始关注新型能源材料的研究和应用。
作为材料科学领域的重要分支，新型能源材料的发展一直是人们关注的焦点。
本文将从太阳能电池、锂离子电池、燃料电池和超级电容器四个方面介绍材料科学中的新型能源材料，并探讨它们在未来能源领域的应用前景。
一、太阳能电池太阳能电池是一种将太阳能转换为电能的装置，是一种清洁、高效的能源产生方式。
在太阳能电池中，光能会激发材料中的电子，使得它们向电极流动，形成电流。
太阳能电池的核心材料是光伏材料，包括单晶硅、多晶硅、非晶硅、铜铟镓硒等。
其中，硅是应用最广泛的光伏材料，但其价格昂贵，生产过程耗时耗费资源和能源。
近年来，随着科技的进步，太阳能电池的效率不断提高，成本不断降低。
例如，采用钙钛矿材料制成的太阳能电池具有高效、稳定、低成本等特点，已经成为新兴的太阳能电池材料。
此外，基于有机分子、半导体纳米晶和全无机量子点构建的太阳能电池取得了一定的研究进展。
二、锂离子电池锂离子电池是目前市场上最常见的充电电池之一，广泛应用于手机、笔记本电脑、电动汽车等领域。
锂离子电池具有高效、轻便、环保等优点，而其核心材料则是正极材料、负极材料和电解质。
锂离子电池的正极材料主要有钴酸锂、三元材料、钴鎳锰材料等，而这些材料的换能机制和储锂机制对电池性能具有重要影响。
例如，三元材料由于其高比能量和高循环稳定性，成为了目前应用最广泛的锂离子电池正极材料。
负极材料一般采用石墨材料，但其储锂能力有限，无法满足高能量密度需求。
因此，普通石墨负极材料正在被硅、锡等高容量材料所替代。
此外，固态电解质因其高安全性和高导电性，是锂电池领域的研究热点之一。
三、燃料电池燃料电池是一种利用氢气、甲烷等作为燃料，将其与氧气在电极上反应产生电能的装置。
燃料电池具有高效、零污染等优点，因此成为未来可持续能源的研究热点。
燃料电池的核心材料包括质子交换膜、催化剂、电极材料等。
新能源材料 第一章 绪论
绪论
1.3 &1.4 新能源材料及其发展方向 ①超导材料
超导现象
磁悬浮列车 超导计算机
绪论
1.3 &1.4 新能源材料及其发展方向 ②能源材料
能源材料主要有太阳能电池材料、储氢材料、固体氧化物电池材料等。
最近进展具体如下： 1、太阳能电池：钙钛矿材料等； 2、储氢材料：金属有机框架材料、金属化合物等； 3、固体氧化物电池材料：固体电解质、阴极材料等； 4、固态锂离子电池：固体电解质、锰基层状化合物等； 5、燃料电池：有机质子交换膜、碱性交换膜等；
形状记忆合金
绪论
1.3 &1.4 新能源材料及其发展方向 ④磁性材料
磁性材料可分为软磁材料和硬磁材料两类。 软磁材料是指那些易于磁化并可反复磁化的材料,但当磁场去除后,磁性即随之消失。 这种材料在电子技术中广泛应用于高频技术。如磁芯、磁头 存储器磁芯;在强电技术中可 用于制作变压器、开关继电器等。目前常用的软磁体有铁硅合金 铁镍合金、非晶金属。 永磁材料(硬磁材料)经磁化后,去除外磁场仍保留磁性,其性能特点是具有高的剩磁、高 的矫顽力。利用此特性可制造永久磁铁,可把它作为磁源。如常见的指南针、仪表、微电 机、电动机、录音机、电话及医疗等方面。永磁材料包括铁氧体和金属永磁材料两类。铁 氧体的用量大应用广泛、价格低,但磁性能一般,用于一般要求的永磁体。金属永磁材料已 用于高性能扬声器、电子水表、核磁共振仪、微电机、汽车启动电机等。
对于家里有矿的大佬：
1、新能源相关的投资（如股票），学习本门课程，将学会一些基本辨别的水平。 2、上述两条同样适用。
对于想或者以后无意间从事相关工作的同学：
1、本门课的学习将提供一个基础的认识，并提供相关实践机会。 2、本门课也可为想读新能源相关的研究生专业提供学术基础知识。
材料科学进展论文-锂离子电池-新能源【范本模板】
《材料科学进展》课程论文论文题目：锂离子电池三元复合正极材料的研究进展学生姓名: ＊＊＊专业班级： *＊* 学号： *＊* 指导老师：***锂离子电池三元复合正极材料的研究进展摘要:本论文对锂离子电池进行简要介绍，详细综述了锂离子电池三元复合正极材料结构,制备方法，改性及应用的安全性，并展望了锂离子电池未来的发展前景.关键词：锂离子电池三元复合正极材料改性安全性Reviews on the cathode material of lithium-ionbattery ternary complexAbstract：This paper makes a brief introduction on lithium—ion battery,and over—views the structure，preparation methd,modification and the security of application about the ternary complex cathode materi al of lithium—ion in detail。
Finally, there are some prospects for the development of lithium-ion battery。
Key words：lithium-ion battery；ternary complex；cathodematerial;modification；security1前言“十二五”期间，得益于新能源汽车、新能源建设的高调运行，“锂离子电池"题材仍然保持着较高的热忱。
锂离子电池性能优越，用途广泛，前景最为广阔.相对于铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池等二次电池，锂离子电池具有电压高、比能量高、无记忆效应、循环寿命长和无环境污染等特点，被广泛应用于移动电话、笔记本电脑和其他便携式电子设备中.锂离子电池的综合性能与电池材料的性能密切相关，其发展历程总是伴随着电池材料的不断改进与创新.［1—3]1。
新一代材料的发展与应用
新一代材料的发展与应用随着科学技术的不断发展，人们对材料的要求也越来越高。
新一代材料的研究和开发，为人类创造了更多的可能性。
本文将从材料的发展历程入手，分析新一代材料的原理和应用，并展望新一代材料的未来前景。
一、材料的发展历程材料科学在人类历史长河中起着重要的作用。
早在古代，人们就懂得了采集石头、木材、兽皮、鱼鳞等材料进行制作。
到了中世纪，人们开始使用铁等金属材料，并改进了炼铁工艺。
19世纪，人们开发出了新型材料如硬质合金、高速钢、不锈钢等，这些材料在航空、汽车、电子等领域中得到广泛应用。
20世纪初，人们开始发现许多新材料的特殊性质，如超导体、半导体、光电材料等。
发现新材料的速度越来越快，其中最重要的是材料科学和计算机科学的发展，使得人们能够通过计算机技术对材料的性质和应用进行深入研究。
二、新一代材料的原理和应用1. 智能材料智能材料是指能够根据环境变化自主调整其物理性质以满足特定需求的一类材料。
智能材料的特点是：能够感知环境信号、具有适应性、能够响应环境信号、并能产生相应的作用。
这些材料的应用范围广泛，如智能玻璃、智能织物、聚合物基复合材料、铁电材料等。
2. 新能源材料新能源材料是一类用于新能源领域的材料，如太阳能电池、燃料电池、锂离子电池等。
这些新型材料具有高能量密度、高效转换、高度稳定性等特点，为新能源技术的发展提供了重要支持。
新能源材料的研发是全球科学技术领域的热点之一，未来必将在能源行业中得到大规模应用。
3. 纳米材料纳米材料是一种发展迅速的新型材料，在材料科学、生物医学、电子学、信息传输等方面应用广泛。
纳米材料的特点是具有高比表面积、优异的物理、化学和机械性能，平衡了不同性质之间的相容性。
纳米材料的应用前景非常广泛，涵盖信息技术、生物医药、新能源、环境保护等多个领域。
三、新一代材料的未来前景新一代材料的出现标志着人类在材料科学领域的重大进展，也成为未来科技发展的重要推动力。
随着科学技术的不断进步，新一代材料的发展空间将越来越大。
材料科学与工程在新能源开发中的应用研究
材料科学与工程在新能源开发中的应用研究随着人们对可再生能源的需求不断增长以及对环境保护意识的提高，新能源的开发和利用已成为全球科研领域的热点话题。
而材料科学与工程在新能源开发中发挥着关键的作用。
本文将探讨材料科学与工程在新能源开发中的应用研究，包括太阳能、风能和能源储存方面的应用。
太阳能是目前被广泛关注和应用的可再生能源之一。
太阳能电池作为太阳能转化为电能的核心装置，对材料的要求非常严苛。
材料科学与工程的研究人员在太阳能电池领域持续开展研究，致力于提高太阳能电池的转换效率、降低制作成本和延长使用寿命。
目前最常见的太阳能电池是硅基太阳能电池，而材料工程师们正致力于开发新的材料用于太阳能电池，例如钙钛矿材料和有机太阳能电池。
这些新材料具有较高的光电转换效率和更低的制作成本，可以为太阳能的商业化应用提供更广阔的发展空间。
除了太阳能，风能也是一种广泛应用的可再生能源。
风能发电机的叶片是其关键组件之一，而材料科学与工程的研究使得风能发电机的效率不断提高。
传统的风能发电机叶片多为玻璃纤维增强塑料材料制成，然而这种材料存在着耐候性差、易老化等问题。
材料工程师们研发了一系列新型材料，如碳纤维增强塑料、复合材料等，来替代传统材料，提高了风能发电机叶片的强度和耐久性，延长了使用寿命。
此外，新材料的应用还可以减轻风能发电机的重量，提高其转动效率，进一步提高风能发电的效率。
新能源的开发还涉及到能源储存方面的问题。
传统的能源储存技术如电池存在能量密度低、寿命短、成本高等问题。
材料科学与工程的研究为能源储存领域带来了新的突破。
例如，锂离子电池作为目前最常用的电池之一，材料工程师们通过改善电池的正负极材料，使得电池容量增加、充放电速度快、循环寿命延长。
此外，材料科学家还致力于开发新型的电池材料，如锂空气电池、钠离子电池等，以进一步提高能源储存的效率和延长使用寿命。
材料科学与工程还在其他新能源领域做出突出贡献。
例如，燃料电池作为一项重要的新能源技术，其核心材料是电极催化剂。
新材料产业——新能源材料
新材料产业——新能源材料新能源材料是指用于制造、存储、转换和传输新能源的材料。
随着全球能源问题日益突出和新能源产业的快速发展，新能源材料作为新材料的一个重要分支，有着广阔的发展前景和巨大的市场需求。
首先，新能源材料的应用领域广泛。
新能源材料在太阳能、风能、地热能、水能等方面都有着广泛应用。
例如，太阳能电池的关键材料硅晶体的研究和应用，使得太阳能光伏发电成为可行的清洁能源技术。
而锂离子电池作为新一代能源存储材料，已经广泛应用于手机、电动汽车等领域。
这些新能源材料的研究和应用，推动着新能源产业的快速发展，为解决能源问题和应对环境污染提供了新的解决途径。
其次，新能源材料的研发具有较高的科技含量。
新能源材料是在新材料基础上进行改进和创新的产物，其研发需要借助先进的科学技术和创新的思维方式。
例如，太阳能电池的研发需要在材料学、化学、物理等多个学科领域开展深入研究，需要不断改进材料的光电转换效率和稳定性。
这种跨学科的研发模式，既推动了新能源材料技术的创新和进步，也带动了材料科学与技术相关领域的发展和繁荣。
再次，新能源材料具有巨大的市场潜力。
新能源产业是解决能源安全、环境污染等问题的重要途径，得到了各国政府的高度重视和大力支持。
根据国际市场研究机构的预测，未来几十年，全球新能源材料市场规模将呈现快速增长的趋势。
全球主要经济体纷纷加大新能源产业的投资力度，对新能源材料的需求将逐步增加。
这为新材料产业提供了巨大的发展机遇和市场空间。
最后，新能源材料的研发和产业化能够促进经济结构的升级和转型。
新材料产业作为高技术产业，是推动经济发展的重要引擎和支柱产业。
发展新能源材料产业可以促进传统产业的优化升级，提高经济发展的科技含量和附加值。
同时，新能源材料产业还能够创造大量的就业机会，吸引高端人才扎根创新创业。
这将有助于改善就业结构，提升劳动力素质，推动高质量发展。
总之，新能源材料作为新材料产业的重要分支，具有广阔的发展前景和巨大的市场需求。
材料科学在新能源领域的应用
材料科学在新能源领域的应用随着全球对环境保护和可持续发展的要求越来越高，新能源技术在能源行业中的地位不断提高。
同时，材料科学也逐渐成为新能源领域的重要研究方向。
在研究和应用中，材料科学的发展已经与新能源的发展密不可分。
本文将探讨材料科学在新能源领域的应用。
一、太阳能电池的材料太阳能电池作为新能源技术中的重要组成部分，材料是其最核心的部分。
太阳能电池目前主要可分为硅和非硅太阳能电池。
其中，硅太阳能电池在商业化应用中占主导地位。
硅太阳能电池主要由p型和n型硅片、金属电极和银浆组成。
p型和n型硅片是使用芯片级纯度的硅材料制成的。
芯片级硅材料具有高纯度、低杂质和均匀晶粒尺寸等特点。
金属电极主要由铝和银组成，银浆则是在电极上用来提高太阳能电池的导电性。
非硅太阳能电池主要分为有机太阳能电池和钙钛矿太阳能电池两种。
有机太阳能电池的主要材料是聚合物基材料，通常使用聚合物的无机发光材料或有机染料作为吸收太阳光的材料。
聚合物能够提供良好的电子输运性能和较高的机械柔韧性。
钙钛矿太阳能电池的材料则是一种新型的太阳能电池，矿物硅酸盐材料或金属有机框架材料是其重要组成部分。
钙钛矿太阳能电池不仅成本较低，能够利用更广泛的太阳光谱，而且效率高。
二、储能器材料储能技术是新能源技术中最具挑战性的部分。
储能器材料的选择和储能器性能直接影响着储能技术的应用和发展。
目前，储能技术主要包括电化学储能和物理学储能。
电化学储能主要指电池，而物理学储能则主要指超级电容器、储氢合金和磁性储能。
超级电容器是一种新型的电化学储能技术，与传统的电化学电池相比，它的充电和放电速度更快，容量更大，寿命更长。
超级电容器的主要材料是电极、电解质和收集器。
电极材料常见的是炭材料、氧化物材料和导电聚合物材料。
电极材料的导电性和比表面积对超级电容器的性能具有决定性影响。
电解质则常见的是有机电解质和固态电解质。
有机电解质比较常见，一般是用嵌入了离子的聚合物材料作为电解质。
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新能源材料 Energy Materials （一）
主要内容
一、概述
二、新型二次电池材料 三、太阳能电池材料
四、燃料电池材料
五、超导材料
一、概述
什么是能源？
能源是指一切能量集中的含能体(如
煤炭石油)和能量过程(如风和潮汐)， 能到达地球表面的，都叫做地球上的 能源。
能源是社会经济建设和提高人民生活
水平的重要物质基础之一。
能源的分类
一 第一类能源 （来自地球以外）
太 阳 辐 射 能 煤，石油，油页岩，天然气，草 木燃料，沼气和其它由于光和作 用而固定下来的太阳能。 风，流水，海流，波浪海洋热能 ，直接太阳能
级
宇宙射线，流星和其它星际物质带进地球 大气的能量 地 球 热 能 地震，火山活动 地下热水和地热蒸气（包括温 泉和沸泉） 热岩层 潮汐能
优点：最早开发、技术最成熟、用量最大。 缺点：储氢量较小，成本高。
AB2型Laves相储氢合金
AB2型Laves相储氢合金，代表合金 ZrMn2，新一代高容量负极材料！ 多元合金化：Ti-Zr-V-Cr-Ni
优点：储氢量高和循环寿命长。 缺点：初期活化困难、高倍率放电性差， 原材料价格高。
能
第二类能源 （来自地球内部）
原子能 铀，钍，硼，氘 源 二 级 能 源 第三类能源（来自地球和其 它天体的相互作用）
电能，氢能，煤油，汽油，柴油，酒精，甲醇，丙烷， 苯胺，肼，氨，硝化棉和硝化甘油，黑色火药等
21世纪的能源问题日益严重
人类能源消费仍以石油、天然气、煤炭等一次 性矿物能源为主。
矿物燃烧导致的空气污染和温室效应严重破坏 生态环境，危机人类的生存！ 节约能源、提高效率、使用新能源、保护环境 刻不容缓！
氢能的利用
美国加州州长施瓦辛格为新“悍马”加氢气
氢能的利用
宝马H2R液氢动力实验赛车
生物能
如人畜粪便、秸秆、 杂草和不能食用的果蔬， 等等废弃物，经过细菌发 酵可以产生沼气(甲烷占55
％～70％左右，二氧化碳占25％～ 40％左右，此外还有少量氢气、硫
化氢、一氧化碳、氮和氨等 )，用
沼气做燃料和照明，燃烧 后生成二氧化碳和水，不 污染空气，不危害人类健 康，并可以大大减少垃圾 的数量。
新能源与新能源材料
人 类 需 要 新 能 源 太阳能 风能 海洋能 氢能 生物质能 地热 核能
太阳能
地球每年接受太阳的总能量为1.8×1018kWh，相 当于全球能耗的1.2万倍，无污染，是永久性能源。 但是，太阳辐射到地球的能量密度太低，只有 1kW/cm2，还受气候影响。
Mg基储氢合金
Mg2Ni为代表。 以溅射和机械合金化合成非晶态薄膜合金，表 面改性，提高催化活性，改善吸放氢热力学和 动力学，改善吸放氢性能。是目前研究的热点
材料。
优点：储氢量高、资源丰富、价格低廉。 缺点：Mg在碱中易腐蚀，导致电极容量衰退迅 速，循环寿命太短。
V基固溶体型储氢合金
C. Liu, Y.Y. Fan, M. Liu, H.T. Cong, H.M. Cheng, and M.S. Dresselhaus, “Hydrogen Storage in SingleWalled Carbon Nanotubes at Room Temperature”, Science, 286, 1127-1129 (1999).
AB5型储氢合金为CaCu5型六方结构，典型代表 LaNi5。实用合金为LaNi5多元系，如： La0.7Nd0.3Co2.4Al0.12.5Co2.4Al0.1
合金优化：降低成本、获得良好的综合性能 1）A侧用廉价混和稀土Mm（La、Ce、Pr、Nd）替代 单一稀土La； 2）B侧用Co、Mn、Al、Cu、Fe、Ti等替代Ni。
能源材料
广义上讲，在使用能源的过程中发挥作 用的材料都是能源材料。 新能源材料： 1）新型二次电池材料； 2）太阳电池材料； 3）燃料电池材料； 4）其他材料：超导材料，核材料
新能源材料的作用和目的
1. 把原来习惯使用的能源变成新能源；
2. 提高储能和能量转化效率； 3. 保证核反应堆的性能与安全； 4. 降低新能源的投资和运行成本。
3）金属镍电解沉淀法。
高密度球形Ni(OH)2正极材料
影响电化学性能的因素： 1）化学组成：镍含量、添加剂、杂质； 2）粒径及粒径分布； 3）表面状态； 4）微晶晶粒尺寸及缺陷。
二次电池用储氢合金的技术要求
(1) 合金要有较高的储氢容量; (2) 合金易活化,作成电极后电化学活性高,电极反应时的可 塑性好; (3) 平衡氢压适中(0. 01～0. 5MPa) , 对氢的阳极氧化具有 良好的催化作用; (4) 在氢的阳极氧化电位范围内,储氢合金具有较强的抗氧 化能力及导热导电性; (5) 在碱性电解液中,合金组分的化学性质相对稳定,抗腐蚀 性能好; (6) 合金原料成本低。
太阳能主要利用形式： 1）热能直接利用：如利用镜面或反射槽将太阳光 聚焦在收集器上，由中间介质吸热产生蒸汽，推动 气轮机组发电； 2）光伏效应：太阳能电池。
太阳能的利用
真空管集热 太阳能热水器； “温室效应”
太阳能电池
太阳能汽车
太阳能
美国“百万屋顶计划；德国”十万屋顶“计划； 日本"1600个屋顶"太阳能电池系统等。
人造卫星太阳能 发电站的构想。
风能
太阳能在地面上约2％转变 为风能，全球风力用于发电 功率可达11.3万亿kW，很有 发展前景。 风能与风速密切相关，但风 车材料是关键。－个2.5MW 的风车，转子叶片直径要80 ｍ，包括传动箱的总重达30t； 风车高近百米，用材几百吨。 风车叶片耍有足够的强度和 抗疲劳性能，目前主要采用 玻璃钢或碳纤维增强塑料， 正向增强木材发展。
海洋能
潮汐的发生是地球受月球和太阳引力的影响而引 起的涨潮时海水向岸边冲去，落潮时又退回海中， 每天有规律地往复运动。受海岸、港湾地形的影 响，海面的高度在高潮和低潮时有很大差别。可 以用来推动机械装置，又可以用来发电。
氢能
氢是理想能源，热值高、无污染。 存在的问题：1）氢的来源，只能通过电解水，太 阳能分解水，生物制氢，以及化工、冶金等流程制 氢，这就需要消耗能源；2）在存储、运输及应用 过程中易爆，使材料产生氢脆、氢腐蚀，以及氢渗 漏等。 利用方式： 1）直接燃烧；2）储氢：将材料与氢结合成为氢化 物，需要时加热放氢，放完后还可继续充氢。如储 氢合金是高能蓄电池的负极。
V基固溶体（V-Ti, V-Ti-Cr）合金吸氢后可以 生成VH和VH2两种氢化物。 优点：储氢量极高； 缺点：电极活性差、循环寿命短。
单壁碳纳米管储氢
Hydrogen storage capacity
around 4 wt% at ambient temperature and moderate pressure Higher reported storage capacities of 8-10 wt.% have been difficult to reproduce Low cost – high volume fabrication processes are not yet available for carbon nanotubes
核能
铀在自然界中有三种放射性同位 素：U235、U238、U234 ，在衰变 过程中放出热量。在军事上铀主要 用来制造核武器和核动力燃料。用 作核电站反应堆的燃料，发电成本 低。 铀裂变时产生的同位素及其 射线，在工农业生产和科学技术领 域中有广泛的用途。例如，工业无 损检测；农业培育良种，防止病虫 害；医学上灭菌消毒，临床诊断及 治疗等等。 核聚变装置对材料要求十分苛刻， 如耐中子辐射、耐高温和抗氢脆等
Ni/MH电池材料
1960年代，荷兰和美国先后发现LaNi5和 MgNi5具有可逆吸放氢性能； 1973，将 LaNi5作为二次电池负极材料研究； 1984，解决了LaNi5合金在充放电过程中的容 量衰减迅速的问题，实现了利用储氢合金作 为负极材料制造Ni/MH电池的可能； 1987年，工业化Ni/MH电池投产。
二、新型二次电 池材料
电池的分类
化学电池 1. 一次电池：碱性电池、碳锌电池、氧化银 电池、水银电池 2. 二次电池：铅酸电池、镍镉电池、镍氢电 池、锂电池 3. 燃料电池 物理电池 1. 太阳能电池 2. 原子能电池
二次电池材料
含铅、镉，污染
绿色电池
二次电池材料
新型二次电池材料
1. 金属氢化物镍电池材料（Ni/MH） 2. 锂离子电池材料（LIB）
Ni/MH电池材料
与尚在广泛应用的Ni/Cd电池相比， Ni/MH电池有如下优点： （1）能量密度高（同尺寸1.5～2倍）； （2）无镉污染—绿色电池； （3）可大电流快速充放电； （4）工作电压1.2V，与Ni/Cd电池有互换性。
Ni/MH电池材料
Ni/MH电池结构及工作原理
工作原理
Ni/MH电池材料
Mg (Target 3.5wt%)
BCC (TiCrV)
0.05
AB2
MgNiV
BCC (TiCrV)
Conventional Alloys
0.01 1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0 7.0 8.0
10.0
Gravimetric Density , wt%
负极材料（储氢材料）
AB5型混和稀土系储氢合金
各种储氢方法对比
以 4 kg 车载 H2为例
Schlapbach & Züttel, Nature, 15 Nov. 2001