新能源材料简介PPT课件
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新能源材料-金属空气电池ppt课件
7.3 锌空气电池
7.3.3 基本特性
（1）充电特性
锌空气电池的充电模式，打破了普通蓄电池的常规充电 模式，采用机械式更换电池的锌板或锌粒的"充电"模式，整 体更换锌空气电池的活性物质，将整个锌空气电池进行更换 ，电池不再需要花很长的时间来充电，更换一块20kWh的电 池块只需要1分40秒。只要在公路沿线设置锌板或锌粒匣以及 电解质器匣的机械式整体更换站，其效果如同现在内燃机汽 车的加油站，直接"充电"，可以为用户提供很大的方便。
金属/空气电池由具有反应活性的负极和空气电极经电化 学反应偶合而成，它的正极反应物用之不尽。在某些情况 下，金属/空气电池具有很高的质量比能量和体积比能量。 这一体系的极限容量取决于负极的安时容量和反应产物的 贮存与处理技术。
已经研究和开发过的金属/空气电池有原电池、贮备电 池、可充电电池和机械再充式电池等。在机械充电电池设 计(即更换放完电的金属负极)中，电池在本质上相当于原电 池，它的空气电极为相对简单的“单功能”电极，只需要 在放电模式下工作。常规可充电金属/空气电池需要一个第 三电极(用来维持充电时放出氧气)或者一个“双功能”电极 (一个既可以还原氧又可以析氧的电极) 。
7.2 空气电极
7.2.2 外界环境的影响
（1）空气中的CO2的影响
在碱性环境中，二氧化碳会形成碱式碳酸盐而沉积在电 极的微孔结构中，故应使空气中的CO2始终维持在10010-6 以下。
（2）其他影响
锌电极中合金元素的特性和电解液都有可能影响空气电 极的性能和寿命。此外，活性物质中有害物质、隔膜的稳定 性与抗氧化性等因素对锌空气电池性能均有不同程度的影响 。
7.3 锌空气电池
7.3.2 结构
糊状的锌粉在阳极端，起催化作用的碳在阴极。电池壳体上的孔可 让空气中的氧进入腔体附着在阴极的碳上。同时，阳极的锌被氧化。 阴极——是起催化作用的碳从空气中吸收氧。 阳极——是锌粉和电解液的混合物，成糊状。 电解液——高浓度的氢氧化钾水溶液。 隔离层——用于隔离两级间固体 粉粒的移动。 绝缘和密封衬垫——尼龙材料。 电池外表面——镍金属外 壳，具有良好的防腐性的 导体。
新材料新能源技术-PPT精品文档36页
• 1972年在产量上超过尼龙、棉纶的合成纤维新品种聚 脂纤维问世，其中涤纶制品热稳定性高、强度大、褶 皱性好，是—·种深受欢迎的合成纤维，各国都在积极 发展。
• 14.1.3 新型无机非金属材料 常见的新型无机非金属材料有工业陶瓷、光导纤维和 光导体材料。 光导纤维是可有效地远距离传导光信号的玻璃或塑料 纤维。它的优点是：重量轻，通信容量大，传输损耗 低，在很宽的频带内频率能保持稳定。
由光导纤维构成的光缆
半导体材料还可用来制作晶体管、集成电路、固态激光器 和探测器等器件。
半导体材料
• 当前半导体硅是制作集成电路和大规模集成电路的材 料。虽然在硅片上可以取得很大的集成度，但是硅在 处理信息的速度上是有限度的。作为下一代半导体材 料的砷化镓，在存贮信息的能力上与硅一样，处理信 息的能力则可比半导体硅快10倍。
• 新材料主要包括新型金属材料、高分子合成材料、复合 材料、新型无机非金属材料、光电子材料和纳米材料等。
• 14.1.1 新型金属材料
重要的新型金属材料有铝、镁、钛合金以及稀有金属。 新型铝合金品种繁多、重量轻、导电性好，可代替铜 用作导电材料。 新型镁合金既轻又强，是制造直升机某些零件的理想 材料。新型高强度钛合金不仅可用来制造超音速飞机 和宇宙飞船，而且广泛应用于化学工业、电解工业和 电力工业，被誉为“未来的钢铁”。
• 14.1.4 复合材料 复合材料是有机高分子、无机非金属和金属等材料复 合而成的一种多相材料，特点是不仅能保持其原组分 的部分特点，而且还具有原组分所不具有的性能。
复合材料制成 的座椅和长条 凳，不仅重量 减轻，其外观 设计上也明显 与众不同了。
复合材料可分结构复合材料与功能复合材料两大类。
• 煤炭与石油资源是有限的，因此新能源技术只要指对 各种新能源的开发与利用。
• 14.1.3 新型无机非金属材料 常见的新型无机非金属材料有工业陶瓷、光导纤维和 光导体材料。 光导纤维是可有效地远距离传导光信号的玻璃或塑料 纤维。它的优点是：重量轻，通信容量大，传输损耗 低，在很宽的频带内频率能保持稳定。
由光导纤维构成的光缆
半导体材料还可用来制作晶体管、集成电路、固态激光器 和探测器等器件。
半导体材料
• 当前半导体硅是制作集成电路和大规模集成电路的材 料。虽然在硅片上可以取得很大的集成度，但是硅在 处理信息的速度上是有限度的。作为下一代半导体材 料的砷化镓，在存贮信息的能力上与硅一样，处理信 息的能力则可比半导体硅快10倍。
• 新材料主要包括新型金属材料、高分子合成材料、复合 材料、新型无机非金属材料、光电子材料和纳米材料等。
• 14.1.1 新型金属材料
重要的新型金属材料有铝、镁、钛合金以及稀有金属。 新型铝合金品种繁多、重量轻、导电性好，可代替铜 用作导电材料。 新型镁合金既轻又强，是制造直升机某些零件的理想 材料。新型高强度钛合金不仅可用来制造超音速飞机 和宇宙飞船，而且广泛应用于化学工业、电解工业和 电力工业，被誉为“未来的钢铁”。
• 14.1.4 复合材料 复合材料是有机高分子、无机非金属和金属等材料复 合而成的一种多相材料，特点是不仅能保持其原组分 的部分特点，而且还具有原组分所不具有的性能。
复合材料制成 的座椅和长条 凳，不仅重量 减轻，其外观 设计上也明显 与众不同了。
复合材料可分结构复合材料与功能复合材料两大类。
• 煤炭与石油资源是有限的，因此新能源技术只要指对 各种新能源的开发与利用。
功能材料之能源材料PPT
02
常见能源材料的特性与性能
电池材料的特性与性能
电池材料种类
包括锂离子电池、镍氢电池、铅酸电池等，每种材料具有不同的 特性与性能。
电池材料的电化学性能
包括能量密度、功率密度、循环寿命、充电速度等，直接影响电池 的储能和放电能力。
电池材料的安全性
电池材料应具有较高的安全性，无毒或低毒，不易燃烧或爆炸，以 确保使用过程中的安全。
燃料电池材料面临的挑战与前景
总结词：燃料电池是一种将化学能转化为电能的装置 ，其核心是燃料电池材料。目前，燃料电池材料面临 的主要挑战是提高电化学性能和降低成本。随着技术 的不断进步，燃料电池材料的前景非常广阔，未来将 会涌现出更多的新型燃料电池材料，为人类提供更加 高效、环保的能源解决方案。
详细描述：目前，质子交换膜燃料电池是最成熟的燃料 电池技术之一，其具有较高的能量密度和较低的成本。 但是，质子交换膜燃料电池的寿命较短，且需要使用贵 金属催化剂。因此，研究人员正在开发新型燃料电池材 料，如固体氧化物燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池等。 这些新型燃料电池具有更高的电化学性能和更长的寿命 ，同时不需要使用贵金属催化剂。未来，随着技术的不 断进步和成本的降低，燃料电池有望在交通运输、电力 供应等领域得到广泛应用。
太阳能电池材料面临的挑战与前景
总结词
太阳能电池材料是一种重要的可再生能源材料，目前 面临的主要挑战是提高光电转换效率和降低成本。随 着技术的不断进步，太阳能电池材料的前景非常广阔 ，未来将会涌现出更多的新型太阳能电池材料，为人 类提供更加高效、环保的能源解决方案。
详细描述
目前，硅基太阳能电池是应用最广泛的太阳能电池，其 光电转换效率高、稳定性好，但是成本较高。因此，研 究人员正在开发新型太阳能电池材料，如钙钛矿太阳能 电池、染料敏化太阳能电池等，这些新型太阳能电池具 有更高的光电转换效率和更低的成本，有望成为未来的 主流太阳能电池。此外，随着技术的不断进步，太阳能 电池的集成度也将越来越高，未来将会出现更加高效、 环保的太阳能发电系统。
2024版新能源PPT模板
新能源PPT模板•新能源概述与发展趋势•太阳能利用技术及应用领域•风能发电技术及应用前景探讨•生物质能转化技术与实践案例分享目录•地热能开发利用现状及挑战•海洋能开发利用前景展望新能源概述与发展趋势新能源定义及分类定义分类国内外发展现状对比国内发展现状国外发展现状未来趋势预测与挑战未来趋势挑战政策支持与市场机遇政策支持各国政府纷纷出台政策扶持新能源产业的发展，包括税收优惠、补贴政策、优先并网等。
这些政策为新能源企业提供了良好的发展环境和市场机遇。
市场机遇随着全球对环保和可持续发展的关注度不断提高，新能源市场将持续扩大。
特别是在电动汽车、智能电网、分布式能源等领域，市场潜力巨大，为投资者和企业提供了广阔的发展空间。
太阳能利用技术及应用领域太阳能光伏发电原理简介光伏效应指光照在半导体材料上，使其产生电压和电流的物理现象。
光伏发电系统组成包括太阳能电池板、控制器、逆变器和蓄电池等组成部分。
光伏发电过程太阳光照在太阳能电池板上，产生直流电，经过控制器和逆变器转换为交流电，供给负载使用或储存到蓄电池中。
晶体硅太阳能电池板薄膜太阳能电池板多晶硅太阳能电池板性能比较01020304太阳能电池板类型及性能比较太阳能热水器原理及优势分析工作原理优势分析节能环保，与电热水器和燃气热水器相比，太阳能热水器运行费用低；安全可靠，不存在漏电、漏气等安全隐患；使用寿命长，维护简便。
太阳能建筑一体化太阳能交通工具太阳能发电站太阳能海水淡化太阳能应用领域拓展风能发电技术及应用前景探讨风能资源评估方法选址策略考虑因素评估工具与技术030201风能资源评估与选址策略风力发电机组类型及性能参数风力发电机组类型性能参数介绍机组选型原则风力发电并网技术挑战与解决方案并网技术挑战解决方案政策与标准支持1 2 3风能应用领域市场前景展望技术创新与发展趋势风能应用领域及市场前景生物质能转化技术与实践案例分享生物质资源种类及特点概述01020304农业废弃物林业废弃物动植物油脂城市生活垃圾生物质燃烧和气化过程分析燃烧过程01气化过程02燃烧与气化比较03包括直接燃烧发电、生物质气化发电、生物质沼气发电等。
1.第七章__新能源材料
石油/年 天然气/年
煤/ 年
铀/年
世界
49
57
262
60
中国
23
61
102
30
3.矿物能源面临枯竭 世界化石燃料探明可采储量
煤碳（GT） 1043.86 世界总计 241.0 前苏联 240.56 美国 114.5 中国 90.94 澳大利亚 60.07 德国 69.59 印度 55.33 南非 42.1 波兰 石油（GT） 137.3 世界总计 25.7 沙特 13.4 伊拉克 13.3 科威特 12.7 阿联酋 12.2 伊朗 9.3 委内瑞拉 7.8 前苏联 7.3 墨西哥 3.8 美国 3.3 中国 天然气（TM3） 14. 1 世界总计 5.6 前苏联 2.1 伊朗 0.71 卡塔尔 0.53 阿联酋 0.53 沙特 0.46 美国 0.38 委内瑞拉 阿尔及利亚 0.36 0.34 尼日利亚 0.31 伊拉克 0.17 中国
常用高压氢气瓶
活性炭储氢
活性炭比表面积可达2000m2/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 (C60)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，H2的吸附量可达5％-10 ％ (质量分数 )，有望成为新一 代储氢材料。
储氢材料
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 1.4×105kJ，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
新能源材料优秀课件
10
电池反应 Ni(OH） 2+M充 放 电 电 NiOOH+M H
正极
N i(O H ） 2+O H -充 放 电 电 N iO O H +H 2O +e
负极
M+H2O+e充 放电 电MH+OH-
商品Ni/MH电池的形状有圆柱形、方形和扣式等多种类型； 按电池的正极制造工艺分类，则有烧结式和泡沫镍式（含 纤维镍式）两大类型。
Li++e+C6
充电 放电LiC6
电池反应Biblioteka 充 电 LiCO2+C6放 电CoO2+LiC6
商用锂离子电池按形状分类有圆柱形、方形和 扣式。按正极材料分类，有氧化钴锂型、氧化 镍锂型和氧化锰锂型。
15
❖ 锂离子电池的前景展望
（1）发展电动汽车用大容量锂离子电池； （2）开发及使用新的高性能电极材料； （3）加速聚合物锂离子电池的实用化进展。
❖ 金属氢化物镍电池材料
（1）正极材料的改善，如改进球形Ni/(OH)2 （2）AB5型储氢合金的改进 （3）新型高容量储氢电极合金的研究与开发，如Ni/MH合
金、Mg-Ni系合金
❖ 锂离子二次电池材料
（1）碳负极材料 （2）纳米合金材料，如纳米Sn、SnSb、SnAg等 （3）正极材料，如LiCoO2 （4）电解质材料
16
第2章 金属氢化物镍电池材料
❖ 高密度球形Ni(OH)2正极材料 ❖ 储氢合金材料 ❖ AB2型Laves相储氢电极合金 ❖ 其他新型高容量储氢电极合金、 ❖ Ni/MH电池材料的再生利用
17
2.1高密度球形Ni(OH)2正极材料 2.1.1 球形Ni(OH)2的基本性质与制备方法
电池反应 Ni(OH） 2+M充 放 电 电 NiOOH+M H
正极
N i(O H ） 2+O H -充 放 电 电 N iO O H +H 2O +e
负极
M+H2O+e充 放电 电MH+OH-
商品Ni/MH电池的形状有圆柱形、方形和扣式等多种类型； 按电池的正极制造工艺分类，则有烧结式和泡沫镍式（含 纤维镍式）两大类型。
Li++e+C6
充电 放电LiC6
电池反应Biblioteka 充 电 LiCO2+C6放 电CoO2+LiC6
商用锂离子电池按形状分类有圆柱形、方形和 扣式。按正极材料分类，有氧化钴锂型、氧化 镍锂型和氧化锰锂型。
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❖ 锂离子电池的前景展望
（1）发展电动汽车用大容量锂离子电池； （2）开发及使用新的高性能电极材料； （3）加速聚合物锂离子电池的实用化进展。
❖ 金属氢化物镍电池材料
（1）正极材料的改善，如改进球形Ni/(OH)2 （2）AB5型储氢合金的改进 （3）新型高容量储氢电极合金的研究与开发，如Ni/MH合
金、Mg-Ni系合金
❖ 锂离子二次电池材料
（1）碳负极材料 （2）纳米合金材料，如纳米Sn、SnSb、SnAg等 （3）正极材料，如LiCoO2 （4）电解质材料
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第2章 金属氢化物镍电池材料
❖ 高密度球形Ni(OH)2正极材料 ❖ 储氢合金材料 ❖ AB2型Laves相储氢电极合金 ❖ 其他新型高容量储氢电极合金、 ❖ Ni/MH电池材料的再生利用
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2.1高密度球形Ni(OH)2正极材料 2.1.1 球形Ni(OH)2的基本性质与制备方法
新能源完整ppt课件
渗透压与盐差和温度成正比。盐差蕴藏的功率 等于渗透压与渗流流量的乘积。通常在河水和海水 交界处，渗透量为1m3/s时，则会有2500W左右的潜 在功率，相当25个大气压所具有的能量。
盐差能的利用主要是盐差发电。其方式有直接 耦合式、外混式、内混式等几种。
可编辑课件
28
（5）海流能
海水在海中沿水平方向或垂直方向上大规模流 动称为海流。海流没有明显的边界，但总是沿一定 路线稳定运动，或成线，或成圈，还有的绕流，可 以在接近海面，也可以海中某深度发生。海流的能 量由热能和动能组成，可利用的首先是动能，动能 的功率与流速的立方成正比。据估计，全世界海流 能拥有量约50亿千瓦。
32
风能的应用
可编辑课件澳大利亚风力发电 33
风能的应用
可编辑课件
34
四、核能
1、原子核能
原子核能是原子核结构发生变化时释放出的能量，习惯上称
作核能或原子能。
原子核的变化过程有两种：一种是自发的变化过程，叫放射
性锐变。地球上由放射性锐变释放的原子核能在地球内部可以
转变为地热。另一种是人工制造的变化过程，叫核反应。
人民生活的质量，获得显可著编辑的课件经济和环保效益。
2
❖ 美国：风能首当其冲 ❖ 日本：太阳能铺就新能源路 ❖ 英国：风能核能并举 ❖ 丹麦：靠风“驱动”的国家 ❖ 芬兰：生物能源独辟蹊径 ❖ 冰岛：利用地热不再依赖石油 ❖ 挪威：借风发展“氢经济”
可编辑课件
3
一、太阳能
二、海洋能
三、风能
四、核能
对太阳能的利用，有间接利用与直接利用两种。间接利 用是利用由太阳能转化的其他能量，如生物质能、化石能、 风能、水能、海洋能等。人类对太阳能的开发时直接利用太 阳能，主要有：光热转换、光电转换和光化学转换。
盐差能的利用主要是盐差发电。其方式有直接 耦合式、外混式、内混式等几种。
可编辑课件
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（5）海流能
海水在海中沿水平方向或垂直方向上大规模流 动称为海流。海流没有明显的边界，但总是沿一定 路线稳定运动，或成线，或成圈，还有的绕流，可 以在接近海面，也可以海中某深度发生。海流的能 量由热能和动能组成，可利用的首先是动能，动能 的功率与流速的立方成正比。据估计，全世界海流 能拥有量约50亿千瓦。
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风能的应用
可编辑课件澳大利亚风力发电 33
风能的应用
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四、核能
1、原子核能
原子核能是原子核结构发生变化时释放出的能量，习惯上称
作核能或原子能。
原子核的变化过程有两种：一种是自发的变化过程，叫放射
性锐变。地球上由放射性锐变释放的原子核能在地球内部可以
转变为地热。另一种是人工制造的变化过程，叫核反应。
人民生活的质量，获得显可著编辑的课件经济和环保效益。
2
❖ 美国：风能首当其冲 ❖ 日本：太阳能铺就新能源路 ❖ 英国：风能核能并举 ❖ 丹麦：靠风“驱动”的国家 ❖ 芬兰：生物能源独辟蹊径 ❖ 冰岛：利用地热不再依赖石油 ❖ 挪威：借风发展“氢经济”
可编辑课件
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一、太阳能
二、海洋能
三、风能
四、核能
对太阳能的利用，有间接利用与直接利用两种。间接利 用是利用由太阳能转化的其他能量，如生物质能、化石能、 风能、水能、海洋能等。人类对太阳能的开发时直接利用太 阳能，主要有：光热转换、光电转换和光化学转换。
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➢ 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
• 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CO2
15
•槽式太阳能
•蝶式太阳能
16
• 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。
• 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
• 生态环境严重破坏：
➢ 1952年12月，伦敦烟雾； ➢ 酸雨； ➢ 河流干涸；
5
6
• 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;
• 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% 。
• 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
• 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。
新能源材料
New Energy Materials
材料加工工程
1
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总体概述
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2
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
• 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。
率高、抗辐照性能好，是较理想
பைடு நூலகம்
的空间太阳电池。
太空站上的GaAs太阳电池
25
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TiO2、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
• 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%。
• 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
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。
11
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。
太阳能热水器
内蒙古四王子旗太阳能电池光伏电站
12
太阳能电池材料
13
• 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3.8×1018kW，远大于 人类对能源的需求量；
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
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• 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。
➢ 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
太阳能电池
光伏效应示意图
18
•P型半导体
•N型半导体
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• 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
• 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。
8
• 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。
• 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
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。
非晶硅太阳能电池
24
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 高原用的GdTe太阳电池
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
9
• 新能源包括
• 太阳能
• 生物质能 • 核能
太阳能
• 风能
• 地热
• 海洋能
• 氢能
潮汐能
核能 地热
风能
氢能
10
• 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 • -------------
人造卫星上的太阳能电池
14
• 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CO2
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•槽式太阳能
•蝶式太阳能
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• 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。
• 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
• 生态环境严重破坏：
➢ 1952年12月，伦敦烟雾； ➢ 酸雨； ➢ 河流干涸；
5
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• 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;
• 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% 。
• 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
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• 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。
新能源材料
New Energy Materials
材料加工工程
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总体概述
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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
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• 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。
率高、抗辐照性能好，是较理想
பைடு நூலகம்
的空间太阳电池。
太空站上的GaAs太阳电池
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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TiO2、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
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• 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%。
• 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
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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。
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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。
太阳能热水器
内蒙古四王子旗太阳能电池光伏电站
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太阳能电池材料
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• 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3.8×1018kW，远大于 人类对能源的需求量；
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
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• 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。
➢ 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。
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太阳能电池
光伏效应示意图
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•P型半导体
•N型半导体
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• 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
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• 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。
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• 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。
• 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。
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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。
非晶硅太阳能电池
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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 高原用的GdTe太阳电池
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
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• 新能源包括
• 太阳能
• 生物质能 • 核能
太阳能
• 风能
• 地热
• 海洋能
• 氢能
潮汐能
核能 地热
风能
氢能
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• 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 • -------------