新能源材料教育课件
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《新能源材料技术》课件教案PPT 3 太阳能电池材料
的面积 • 光电转化效率低致使发电成本较传统方式偏高
1.7 太阳能电池的展望
1.III-V族化合物及铜铟硒等系由稀有元素所制 备，但从材料来源看，这类太阳能电池将来不可 能占据主导地位。
2.从转换效率和材料的来源角度讲，多晶硅和 非晶硅薄膜电池将最终取代单晶硅电池，成为市 场的主导产品。
3.今后研究的重点除继续开发新的电池材料外 应集中在如何降低成本上来，近来国外曾采用某 些技术制得硅条带作为多晶硅薄膜太阳能电池的 基片，以达到降低成本的目的，效果还是比较理 想的。
锭上锯割而成。目前制备多晶硅薄膜电池多采用化学 气相沉积法，包括低压化学气相沉积（LPCVD）和等 离子增强化学气相沉积（PECVD）工艺。此外，液相 外延法（LPPE）和溅射沉积法也可用来制备多晶硅薄 膜电池。研究发现，在非硅衬底上很难形成较大的晶
1.8 太阳光-热转换及材料
材料科学与工程是技术创新的基础。太阳光热转换材料与工程，如用于太阳集热器的选择性 吸收涂层（表面），用于建筑幕墙玻璃和交通工 具的选择性透、反射薄膜材料和电致变色薄膜材 料与器件，用于集热器的具有太阳光谱高透射比 的硼硅玻璃，聚碳酸酯制成的蜂窝结构，以及贮 能材料等，推动了太阳光—热转换技术和应用的 发展。
太阳能的应用
太阳能电池应用
1.4 太阳能电池的分类
1、硅系太阳能电池（单晶硅太阳能电池； 多晶硅薄膜太阳能电池；非晶硅薄膜 太阳能电池）
2、多元化合物薄膜太阳能电池（砷化镓 III-V化合物；硫化镉；铜铟硒）
3、聚合物多层修饰电极型电池 4、纳米晶化学太阳能电池
1.5 各类太阳能电池的制造方法及研究状况
太阳能电池材料
太阳能电池简介 太阳能电池组件材料 太阳能电池材料 新制备技术探索 新技术探索
1.7 太阳能电池的展望
1.III-V族化合物及铜铟硒等系由稀有元素所制 备，但从材料来源看，这类太阳能电池将来不可 能占据主导地位。
2.从转换效率和材料的来源角度讲，多晶硅和 非晶硅薄膜电池将最终取代单晶硅电池，成为市 场的主导产品。
3.今后研究的重点除继续开发新的电池材料外 应集中在如何降低成本上来，近来国外曾采用某 些技术制得硅条带作为多晶硅薄膜太阳能电池的 基片，以达到降低成本的目的，效果还是比较理 想的。
锭上锯割而成。目前制备多晶硅薄膜电池多采用化学 气相沉积法，包括低压化学气相沉积（LPCVD）和等 离子增强化学气相沉积（PECVD）工艺。此外，液相 外延法（LPPE）和溅射沉积法也可用来制备多晶硅薄 膜电池。研究发现，在非硅衬底上很难形成较大的晶
1.8 太阳光-热转换及材料
材料科学与工程是技术创新的基础。太阳光热转换材料与工程，如用于太阳集热器的选择性 吸收涂层（表面），用于建筑幕墙玻璃和交通工 具的选择性透、反射薄膜材料和电致变色薄膜材 料与器件，用于集热器的具有太阳光谱高透射比 的硼硅玻璃，聚碳酸酯制成的蜂窝结构，以及贮 能材料等，推动了太阳光—热转换技术和应用的 发展。
太阳能的应用
太阳能电池应用
1.4 太阳能电池的分类
1、硅系太阳能电池（单晶硅太阳能电池； 多晶硅薄膜太阳能电池；非晶硅薄膜 太阳能电池）
2、多元化合物薄膜太阳能电池（砷化镓 III-V化合物；硫化镉；铜铟硒）
3、聚合物多层修饰电极型电池 4、纳米晶化学太阳能电池
1.5 各类太阳能电池的制造方法及研究状况
太阳能电池材料
太阳能电池简介 太阳能电池组件材料 太阳能电池材料 新制备技术探索 新技术探索
新能源材料简介PPT课件
➢ 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。
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-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。
新能源技术(课件)(共23张PPT)
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New Energy Technology
地热能的利用方式
地热能的利用方式有多种形式。 常见的利用方式包括地热发电 和地热供暖。地热发电利用地 下的高温热水或蒸汽来驱动涡 轮发电机产生电能。地热供暖 则是利用地下的热能能源相比，地热能具有许多优点。首先，地 热能是一种清洁能源，不会产生二氧化碳等温室气 体和污染物。其次，地热能是一种稳定可靠的能源， 不受天气条件和季节影响。此外，地热能的利用寿 命长，可以持续供应能源。 地热能的缺点： 缺点在于地热能的开发利用存在一些挑战。地热资 源不是分布均匀的，只有地热资源较为丰富的地区 才能进行有效开发利用。此外，地热开发的成本较 高，需要进行勘探、钻探和设备安装等工作。
太阳能的应用途径
3. 海洋吸收
海洋吸收太阳能，转化为 海洋的内能。提供了波浪、 海流和温差。
太阳能的应用途径
4. 人类直接利用
人类直接利用太阳能包括 光热转换和光电转换，比 如太阳能热水器和太阳能 电池。
太阳能利用的优缺点
太阳能的优点：
能量来源充足，取之不尽用之不竭； 清洁无污染；能量获取方便；应时间 长久；分布广阔、获取方便；安全、 清洁、无污染。
核能利用的优缺点
核能的优点：
核能的优点在于能量密度高；不 释放有毒气体；铀储量丰富；成 本低等。
核能的缺点：
缺点在于核电厂容易产生放射性 物质，对设备要求高；目前能量 利用率较低。
三、地热能
在地球内部很深处存在着放射性元素， 它们不断进行着热核反应，具有非常高 的温度，估计地球中心温度游6000℃， 这样巨大的热能，通过大地的热传导、 火山喷发、地震、深层水循环、温泉等 途径不断地向地表散发，这样就产生了 地热能。 人类可在医疗、发电、供暖、制冷、烘 干、养殖和、农业温室等上利用它。
新能源基础知识介绍课件PPT
NEW ENERGY
基础
能源 介绍
01
PART
新能源概述
02
PART
新能源技术原理
03
PART
新能源技术发展现状
04
PART
05
PART
新能源技术发展趋势与展望 新能源政策与法规
PART 01.
新能源概述。
新能源是指除化石能源之外的可持续能源形式。 等。
具有环保、可再生、节能等优点。 逐渐成为全球能源结构的重要组成部分。
各地政府也纷纷 出台相关政策，促进新能源 产业在本地区的发展。
国家政策支持：
法规制定：
地方政策：
国际合作：
国家制定了一系 列法规，规范新能源产业的 发展，保障其健康有序进行。
中国积极参与 国际新能源合作，推动全 球新能源产业的发展。
新能源政策法规体系。
国家政策：支持新能源发展，提高可再生能源比重。 法规制定：完善新能源法律法规，规范市场秩序。 补贴政策：对新能源项目给予财政补贴，降低成本。 配额制度：要求电力公司必须生产一定比例的新能源电力。
风能技术发展现状。
全球风电装机容 量持续增长，中 国成为全球最大 的风电市场。
风能技术不断创 新，大型化、智 能化、海上风电 成为发展趋势。
政策支持力度加 大，风电并网和 消纳问题得到一 定程度的解决。
风能产业链不断 完善，成本持续 下降，竞争力不 断提升。
水能技术发展现状。
全球水电装机容量持续增长，截至2020年底，全球水电装机容量达到1000GW以上。 中国水能资源丰富，技术可开发装机容量约6.7亿千瓦，年发电量约3万亿千瓦时。 抽水蓄能电站建设加速，截至2020年底，全球抽水蓄能装机容量达到150GW以上。 潮汐能、波浪能等海洋能技术逐步成熟，但商业化应用仍需进一步探索。
基础
能源 介绍
01
PART
新能源概述
02
PART
新能源技术原理
03
PART
新能源技术发展现状
04
PART
05
PART
新能源技术发展趋势与展望 新能源政策与法规
PART 01.
新能源概述。
新能源是指除化石能源之外的可持续能源形式。 等。
具有环保、可再生、节能等优点。 逐渐成为全球能源结构的重要组成部分。
各地政府也纷纷 出台相关政策，促进新能源 产业在本地区的发展。
国家政策支持：
法规制定：
地方政策：
国际合作：
国家制定了一系 列法规，规范新能源产业的 发展，保障其健康有序进行。
中国积极参与 国际新能源合作，推动全 球新能源产业的发展。
新能源政策法规体系。
国家政策：支持新能源发展，提高可再生能源比重。 法规制定：完善新能源法律法规，规范市场秩序。 补贴政策：对新能源项目给予财政补贴，降低成本。 配额制度：要求电力公司必须生产一定比例的新能源电力。
风能技术发展现状。
全球风电装机容 量持续增长，中 国成为全球最大 的风电市场。
风能技术不断创 新，大型化、智 能化、海上风电 成为发展趋势。
政策支持力度加 大，风电并网和 消纳问题得到一 定程度的解决。
风能产业链不断 完善，成本持续 下降，竞争力不 断提升。
水能技术发展现状。
全球水电装机容量持续增长，截至2020年底，全球水电装机容量达到1000GW以上。 中国水能资源丰富，技术可开发装机容量约6.7亿千瓦，年发电量约3万亿千瓦时。 抽水蓄能电站建设加速，截至2020年底，全球抽水蓄能装机容量达到150GW以上。 潮汐能、波浪能等海洋能技术逐步成熟，但商业化应用仍需进一步探索。
新能源课件教学教材
潮汐能、波浪能发电技术
潮汐能发电技术
包括潮汐水库、潮汐水轮机等， 可将潮汐能转化为机械能或电能。
波浪能发电技术
包括振荡水柱式、浮子式、越浪 式等，可将波浪能转化为机械能
或电能。
技术发展趋势
提高转换效率、降低成本、增强 设备耐久性和可靠性。
海水温差能、盐差能利用
海水温差能利用
通过热力循环或热电转换等方式，将海水温差能 转化为电能或其他形式的能源。
06 海洋能开发利用技术探讨
海洋能资源种类及特点
潮汐能
由月球和太阳引力作用产生，具有可预测性 和稳定性。
海水温差能
利用海洋表层和深层水温差异，可再生且清 洁环保。
波浪能
由风力作用产生，能量密度高，但具有间歇 性和随机性。
盐差能
利用海水和淡水之间或不同盐度海水之间的 化学电位差，具有较大的开发潜力。
太阳能电池板类型选择
单晶硅太阳能电池板
转换效率高，但制造成本也较 高。
多晶硅太阳能电池板
成本相对较低，但转换效率略 低于单晶硅。
薄膜太阳能电池板
柔性好，可弯曲，但转换效率 较低。
新型太阳能电池板
如染料敏化太阳能电池、有机 太阳能电池等，具有潜在的应
用前景。
光伏发电系统设计与安装
系统设计
根据用电需求和安装条件，设计 合理的光伏发电系统，包括太阳 能电池板、逆变器、蓄电池等组
3
漂浮式海上风力发电机组
适用于深海海域，通过漂浮平台支撑风电机组。
风电场规划、选址与建设
风电场规划
根据风能资源、地形地貌、 电网接入条件等因素进行 风电场整体布局规划。
风电场选址
选择风能资源丰富、地形 地貌适宜、交通便利的地 点作为风电场建设地点。
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
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
《新型能源材料》PPT课件
人造卫星上的太阳能电池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槽式太阳能蝶式太阳能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
新能源材料
New Energy Materials
熊小庆 纺织与材料工程学院
1
主要分类
➢ 太阳能电池材料 ➢ 锂离子电池材料 ➢ 裂变反应堆材料
• 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。
太阳能电池
光伏效应示意图
17
• 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。
U
＋
01n
235 92
U＋
01n
发生链反应 爆炸
13572T＋e
97 40
Z＋r
2
01n
142 56
B＋a
3961＋Kr 3
1 0
n
足以维持链反应正常进行的裂变材料质量叫临
界质量(critical mass)。 铀-235 的临界质量约为 1
kg，质量超过1 kg 则发生爆炸。
任何有核反应 堆的国家都不难得 到爆炸级的裂变材 料，原子弹的基本 设计又如此简单， 从而为防止核武器 扩散带来了困难。
➢ 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。
Chen X, Jia B, Saha J K, et al. Broadband enhancement in thin-film
新能源材料
New Energy Materials
熊小庆 纺织与材料工程学院
1
主要分类
➢ 太阳能电池材料 ➢ 锂离子电池材料 ➢ 裂变反应堆材料
• 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。
太阳能电池
光伏效应示意图
17
• 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。
U
＋
01n
235 92
U＋
01n
发生链反应 爆炸
13572T＋e
97 40
Z＋r
2
01n
142 56
B＋a
3961＋Kr 3
1 0
n
足以维持链反应正常进行的裂变材料质量叫临
界质量(critical mass)。 铀-235 的临界质量约为 1
kg，质量超过1 kg 则发生爆炸。
任何有核反应 堆的国家都不难得 到爆炸级的裂变材 料，原子弹的基本 设计又如此简单， 从而为防止核武器 扩散带来了困难。
➢ 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。
Chen X, Jia B, Saha J K, et al. Broadband enhancement in thin-film
新能源技术什么是新能源培训课件PPT
讲述人：XX
日期：20××.××.××
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Contents
NEW ENERGY
目 录
01 什么是新能源 What is new energy
02 不同的新能源 Different new energy sources
03 其他的新能源 Other new energy sources
04 课堂小结 Class Summary
02
包括了太阳能、风能、生物质能、地热能、核聚 变能、水能和海洋能以及由可再生能源衍生出来 的生物燃料和氢所产生的能量
03
新能源因其可持续性、清洁、环保，是未来全球 能源的发展方向
畅想未来新能源
02
氢能源应用在车上
01
生物柴油进入正规 加油站
03
太阳能无处不在
生物柴油进入正规加油站
一种以动植物油脂为原料加工 制成的生物柴油
太阳能的应用
太阳灶
航天器
太阳能热水器 太阳能发电装置
太阳能的应用
太阳能计算器
太阳能汽车
太阳能发电站
风能
风能
• 风能是指空气的动能。
风能的形成
• 地球表面接受太阳辐射能的不同，使各地大气温度不同，造成大气密度和气压的差 别从而形成风。所以风能是由太阳辐射能转化过来的。
风能的应用
• 风力发电：建风力发电站 • 风帆助航：风帆的使用 • 风力致热：风力机的使用 • 风力提水：风车的使用
氧气
排出水
空气
燃料电池堆
氢气
电能
氢能
获得氢能的主要方法
电解法 1
3 光电化学法
热化学法 2
4 重整法
氢能
氢能的开发价值
第5讲能源材料(1课时)
27
（1）多晶硅薄膜电池
各种CVD（PECVD，RTCVD， CVD等）技术被 用来生长多晶硅薄膜，在实验室内有些技术获得了重要 的结果。德国Fraunhofer太阳能研究所使用SiO2和SiN 包覆陶瓷或SiC包覆石墨为衬底，用快速热化学气相沉 积（RTCVD）技术沉积多晶硅薄膜，硅膜经过区熔再 结晶（ZMR）后制备太阳电池，两种衬底的电池效率分 别达到9．3％和11％。
21
人们首先使用高纯硅制造太阳电池（即单晶 硅太阳电池）。由于材料昂贵，这种太阳电 池成本过高，初期多用于空间技术作为特殊 电源，供人造卫星使用。
七十年代开始，把硅太阳电池转向地面应用。 采用废次单晶硅或较纯的冶金硅专门生产太 阳能级硅材料，以及利用多晶硅生产硅太阳 电池，均能大幅度降低造价。
近年来，非晶硅太阳电池的研制迅速发展。22
9
1.太阳光谱选择性吸收涂层（表面）
具有高的太阳吸收比和低的发射比的涂层（表面），称为 太阳（光谱）选择性吸收涂层。目前，它已有上百种涂层材料 与工艺，而从机理上可以将其分为六类，实际的选择性吸收涂 层往往包含其中二至三类。应用最广泛的选择性吸收涂层为三 层结构，即由底层、中层和表层组成。贴近衬底的底层为红外 高反射即低发射比的金属层，如金、银、铜、铝、镍或钥等； 中层为吸收层，是由若干金属一介质复合薄膜的次层组成，金 属粒子的尺寸、形状及其占该次层的体积比决定了该次层的光 学常数，靠近金属底层的吸收次层具有强的吸收，表层为减反 层，该层具有低的折射率n（n＜1.9＝及低的消光系数（k＜ 0.25），或是增加对太阳光的捕获的微不平表面层。这样的光 谱选择性吸收涂层具有优异的光谱选择性，即高的太阳吸收比， 低的发射。
26
晶体硅电池效率不断提高，技术不断改进，加上 晶硅稳定，无毒，材料资源丰富，人们开始考虑开发 多晶硅薄膜电池。多晶硅薄膜电池既具有晶硅电池的 高效、稳定、无毒和资源丰富的优势，又具有薄膜电 池工艺简单、节省材料、大幅度降低成本的优点，因 此多晶硅薄膜电池的研究开发成为近几年的热点。另 一方面，采用薄片硅技术，避开拉制单晶硅或浇铸多 晶硅、切片的昂贵工艺和材料浪费的缺点，达到降低 成本的目的。
（1）多晶硅薄膜电池
各种CVD（PECVD，RTCVD， CVD等）技术被 用来生长多晶硅薄膜，在实验室内有些技术获得了重要 的结果。德国Fraunhofer太阳能研究所使用SiO2和SiN 包覆陶瓷或SiC包覆石墨为衬底，用快速热化学气相沉 积（RTCVD）技术沉积多晶硅薄膜，硅膜经过区熔再 结晶（ZMR）后制备太阳电池，两种衬底的电池效率分 别达到9．3％和11％。
21
人们首先使用高纯硅制造太阳电池（即单晶 硅太阳电池）。由于材料昂贵，这种太阳电 池成本过高，初期多用于空间技术作为特殊 电源，供人造卫星使用。
七十年代开始，把硅太阳电池转向地面应用。 采用废次单晶硅或较纯的冶金硅专门生产太 阳能级硅材料，以及利用多晶硅生产硅太阳 电池，均能大幅度降低造价。
近年来，非晶硅太阳电池的研制迅速发展。22
9
1.太阳光谱选择性吸收涂层（表面）
具有高的太阳吸收比和低的发射比的涂层（表面），称为 太阳（光谱）选择性吸收涂层。目前，它已有上百种涂层材料 与工艺，而从机理上可以将其分为六类，实际的选择性吸收涂 层往往包含其中二至三类。应用最广泛的选择性吸收涂层为三 层结构，即由底层、中层和表层组成。贴近衬底的底层为红外 高反射即低发射比的金属层，如金、银、铜、铝、镍或钥等； 中层为吸收层，是由若干金属一介质复合薄膜的次层组成，金 属粒子的尺寸、形状及其占该次层的体积比决定了该次层的光 学常数，靠近金属底层的吸收次层具有强的吸收，表层为减反 层，该层具有低的折射率n（n＜1.9＝及低的消光系数（k＜ 0.25），或是增加对太阳光的捕获的微不平表面层。这样的光 谱选择性吸收涂层具有优异的光谱选择性，即高的太阳吸收比， 低的发射。
26
晶体硅电池效率不断提高，技术不断改进，加上 晶硅稳定，无毒，材料资源丰富，人们开始考虑开发 多晶硅薄膜电池。多晶硅薄膜电池既具有晶硅电池的 高效、稳定、无毒和资源丰富的优势，又具有薄膜电 池工艺简单、节省材料、大幅度降低成本的优点，因 此多晶硅薄膜电池的研究开发成为近几年的热点。另 一方面，采用薄片硅技术，避开拉制单晶硅或浇铸多 晶硅、切片的昂贵工艺和材料浪费的缺点，达到降低 成本的目的。
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• 试飞成功标志着我国已具备研发生产航空生物燃料的技 术能力，这对于促进生物燃料应用，应对气候变化、解 决能源问题具有重要意义。
12
• 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：
• 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 • 硅半导体为代表的太阳能电池材料 • 铀、氘、氚为代表的反应堆核能材料 • -------------
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。
6
• 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；
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。
8
新能源材料
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
• 2009年，世界第八大石油公 司巴西石油公司旗下的生物 能源公司代表来到成都，与 四川大学生命科学学院洽谈 ，希望能将四川的麻风树引 进到巴西种植。
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
18
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。
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。
17
• 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
• 富勒烯(C60)和碳ห้องสมุดไป่ตู้米管(CNT) 对氢气具有较强的吸附作用。
富勒烯C60
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。
碳纳迷管
19
无机化合物储氢
• 某些无机化合物和氢气发生化学反应可储氢，然后 在一定条件下分解可放氢。
• 利用碳酸氢盐与甲酸盐之间相互转化，吸氢和放氢
• 借助储氢载体(如苯和甲苯等)与H2的可逆反应来实现， 包括催化加氢反应和催化脱氢反应。
储存、运输
催化加氢
储存、运输
催化脱氢
C6H5R H2，制氢工厂 C6H11R 其中R=H、CH4 C6H11R H2，供用户使用 C6H5R
• 该法储氢量大，环己烷和甲基环己烷的理论储氢量分别 为7.19％和6.18％(质量分数)，比高压储氢和金属氢化物 储氢的实际量都大。储氢载体苯和甲苯可循环使用，其 储存和运输都很安全方便。
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
• 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
• 麻风树是世界上公认的生物 能源树，其果实可全部用来 炼取生物柴油，而且在“碳 汇交易”市场上具有巨大潜 力，
麻风树种植
麻风树果实-小桐子
11
• 2011年11月，从小桐子中提炼出的生物航空燃料应用于 波音747客机在首都机场首次验证试飞成功。
• 本次试飞由国航、中石油、美国波音公司和霍尼韦尔公 司合作完成，我校陈放教授应邀参加。
反应为：
HC3OH2
吸氢，35℃，2.0MPa 释氢，70℃，0.1MPa
HC2OH2O
• 以活性炭作载体，在Pd或PdO的催化作用下，以
KHCO3或NaHCO3作为储氢剂，储氢量约为2％(质 量分数)。
• 该法优点是原料易得、储存方便、安全性好，但储 氢量比较小，催化剂价格较贵。
20
有机液体氢化物储氢
•新能源材料PPT讲 座
第八讲 新能源材料
New Energy Materials
2
主要内容
新能源材料 储氢材料 新型二次电池材料 燃料电池材料 太阳能电池材料 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。
• 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。
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% 。
7
• 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
• 催化加氢和催化脱氢装置和投资费用较大，储氢操作比 较复杂。
21
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 TiH2 、 ZrH1.9 、 PrH2.8 、 Ti1.4CoH、LaNi5H、MmNi4.5H6.6等。
13
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
14
新能源的应用
15
储氢材料
16
• 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；
12
• 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：
• 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 • 硅半导体为代表的太阳能电池材料 • 铀、氘、氚为代表的反应堆核能材料 • -------------
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。
6
• 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；
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。
8
新能源材料
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
• 2009年，世界第八大石油公 司巴西石油公司旗下的生物 能源公司代表来到成都，与 四川大学生命科学学院洽谈 ，希望能将四川的麻风树引 进到巴西种植。
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
18
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。
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。
17
• 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
• 富勒烯(C60)和碳ห้องสมุดไป่ตู้米管(CNT) 对氢气具有较强的吸附作用。
富勒烯C60
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。
碳纳迷管
19
无机化合物储氢
• 某些无机化合物和氢气发生化学反应可储氢，然后 在一定条件下分解可放氢。
• 利用碳酸氢盐与甲酸盐之间相互转化，吸氢和放氢
• 借助储氢载体(如苯和甲苯等)与H2的可逆反应来实现， 包括催化加氢反应和催化脱氢反应。
储存、运输
催化加氢
储存、运输
催化脱氢
C6H5R H2，制氢工厂 C6H11R 其中R=H、CH4 C6H11R H2，供用户使用 C6H5R
• 该法储氢量大，环己烷和甲基环己烷的理论储氢量分别 为7.19％和6.18％(质量分数)，比高压储氢和金属氢化物 储氢的实际量都大。储氢载体苯和甲苯可循环使用，其 储存和运输都很安全方便。
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
• 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
• 麻风树是世界上公认的生物 能源树，其果实可全部用来 炼取生物柴油，而且在“碳 汇交易”市场上具有巨大潜 力，
麻风树种植
麻风树果实-小桐子
11
• 2011年11月，从小桐子中提炼出的生物航空燃料应用于 波音747客机在首都机场首次验证试飞成功。
• 本次试飞由国航、中石油、美国波音公司和霍尼韦尔公 司合作完成，我校陈放教授应邀参加。
反应为：
HC3OH2
吸氢，35℃，2.0MPa 释氢，70℃，0.1MPa
HC2OH2O
• 以活性炭作载体，在Pd或PdO的催化作用下，以
KHCO3或NaHCO3作为储氢剂，储氢量约为2％(质 量分数)。
• 该法优点是原料易得、储存方便、安全性好，但储 氢量比较小，催化剂价格较贵。
20
有机液体氢化物储氢
•新能源材料PPT讲 座
第八讲 新能源材料
New Energy Materials
2
主要内容
新能源材料 储氢材料 新型二次电池材料 燃料电池材料 太阳能电池材料 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。
• 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。
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% 。
7
• 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
• 催化加氢和催化脱氢装置和投资费用较大，储氢操作比 较复杂。
21
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 TiH2 、 ZrH1.9 、 PrH2.8 、 Ti1.4CoH、LaNi5H、MmNi4.5H6.6等。
13
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
14
新能源的应用
15
储氢材料
16
• 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；