新能源材料技术PPT幻灯片
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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。
2024版新能源PPT模板
对比分析 从资源条件、技术水平、政策环境等方面对比分析国内外 地热能项目的差异和优劣，为我国地热能开发利用提供参 考和借鉴。
06
海洋能开发利用前景展望
海洋资源储量及分布情况
海洋资源储量丰富
海洋覆盖了地球表面的71%，拥有巨大的能源潜力，包括潮汐能、波浪能、海流能等。
分布情况
海洋能源分布广泛，不同地域和海域具有不同的能源类型和储量。例如，潮汐能主要分布在海岸线附近，而波浪 能则广泛分布于各大洋。
排。
太阳能交通工具
利用太阳能为电动汽车、自行车 等交通工具提供动力，降低对传 统能源的依赖。
太阳ห้องสมุดไป่ตู้发电站
建设大型太阳能发电站，为电网 提供清洁能源，推动能源结构的 优化和升级。
太阳能海水淡化
利用太阳能为海水淡化提供热源 和动力源，解决淡水资源短缺问
题。
03
风能发电技术及应用前景探讨
风能资源评估与选址策略
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。
某生物柴油生产企业利用地沟油等废弃油脂生产生物柴油，降低原 料成本，提高产品附加值。
案例三
某生物质能综合利用项目将生物质能与农业、畜牧业等产业相结合， 形成生态循环产业链，提高整体经济效益。
05
地热能开发利用现状及挑战
地热能资源储量评估方法
地质勘探法
通过地质勘探手段，了解地下热储层的分布、厚度、温度等信息， 评估地热能资源储量。
06
海洋能开发利用前景展望
海洋资源储量及分布情况
海洋资源储量丰富
海洋覆盖了地球表面的71%，拥有巨大的能源潜力，包括潮汐能、波浪能、海流能等。
分布情况
海洋能源分布广泛，不同地域和海域具有不同的能源类型和储量。例如，潮汐能主要分布在海岸线附近，而波浪 能则广泛分布于各大洋。
排。
太阳能交通工具
利用太阳能为电动汽车、自行车 等交通工具提供动力，降低对传 统能源的依赖。
太阳ห้องสมุดไป่ตู้发电站
建设大型太阳能发电站，为电网 提供清洁能源，推动能源结构的 优化和升级。
太阳能海水淡化
利用太阳能为海水淡化提供热源 和动力源，解决淡水资源短缺问
题。
03
风能发电技术及应用前景探讨
风能资源评估与选址策略
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。
某生物柴油生产企业利用地沟油等废弃油脂生产生物柴油，降低原 料成本，提高产品附加值。
案例三
某生物质能综合利用项目将生物质能与农业、畜牧业等产业相结合， 形成生态循环产业链，提高整体经济效益。
05
地热能开发利用现状及挑战
地热能资源储量评估方法
地质勘探法
通过地质勘探手段，了解地下热储层的分布、厚度、温度等信息， 评估地热能资源储量。
新能源材料技术PPT幻灯片共24页PPT
谢谢
11、越是没有本领的就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利
新能源材料技术PPT幻灯片
11、用道德的示范来造就一个人，显然比用法律来约束他更有价值。—— 希腊
12、法律是无私的，对谁都一视同仁。在每件事上，她都不徇私情。—— 托马斯
13、公正的法律限制不了好的自由，因为好人不会去做法律不允许的事 情。——弗劳德
14、法律是为了保护无辜而制定的。——爱略特 15、像房子一样，法律和法律都是相互依存的。——伯克
新能源技术PPT课件 共28页
核能发电
英国的原子能发电站
苏联的核能灯塔
核能发电
秦山核电站核能发电Fra bibliotek大亚湾核电站
5、我国核能发展趋势
中国国家发展改革委员会正在制定中国核 电发展民用工业规划，准备到2020年中国 电力总装机容量预计为9亿千瓦时，核电的 比重将占电力总容量的4%，即是中国核电 在2020年时将为3600-4000万千瓦。也就是 说，到2020年中国将建成40座相当于大亚 湾那样的百万千瓦级的核电站。
3、原子核能的价值
1千克铀235的原子核所释放出来的热量，大约相当 于2800吨（2800000千克）标准煤燃烧时所放出的热量。
建造一座发电量为100万千瓦的电站，如果是核电站， 每年需要补充的核燃料为30吨，六辆解放牌载重汽车就 可运进。如果是烧煤的火力电站，每年要消耗300多万 吨煤。运输这些煤炭，平均每天要开三列火车，每列火 车挂40节车皮；或是每天要开一艘万吨级的轮船。
中国大陆的核电起步较晚，80年代才动工兴建核电站。 中国自行设计建造的30万千瓦（电）秦山核电站在1991年 底投入运行。大亚湾核电站于1987年开工，于1994年全部 并网发电。
链 式 裂 变 反 应
原子弹爆炸
核能发电原理
核能发电示意图
核能发电
1954年 苏联建成了世界上第一座核电站 ——奥布灵斯克核电站
光－热转换可分为低温（100℃～300℃）与高温（300℃以上）两种。 低温的用于工业用热、制冷、空调、烹调等，高温的用于发电、材料高 温处理等。
太阳能集热器以空气或液体（水或防冻液）为传热介质。吸热方式可 以是直接吸收太阳辐射能，也可以是太阳光经会聚后集中照射。分为平 板式和聚光式。
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。
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
新能源材料ppt
新能源材料ppt新能源材料ppt一、能源材料的概念能源材料是指用于生产和利用能源的物质，包括燃料、储能材料、光伏材料、催化剂等几大类别。
新能源材料是指应用于新能源领域的材料，如太阳能电池板中的硅材料、锂电池中的锂材料等。
二、新能源材料的发展趋势1. 提高能源的转换效率：新能源材料可以提高能源的转换效率，如光伏材料可以将太阳能转换为电能，储能材料可以提高电池的能量密度。
2. 提高能源的储存能力：新能源材料可以提高能源的储存能力，如锂电池材料可以提高电池的储存能力，储能材料可以提高储能设备的储存能力。
3. 降低能源的成本：新能源材料可以降低能源的成本，如光伏材料的成本已经大幅降低，使得太阳能发电变得更加经济实用。
4. 减少能源的消耗：新能源材料可以减少能源的消耗，如光伏材料可以代替传统的化石能源，减少化石燃料的消耗。
三、新能源材料的应用领域1. 光伏材料：光伏材料是指用于制造太阳能电池板的材料，常见的光伏材料有单晶硅、多晶硅等。
2. 储能材料：储能材料是指用于制造储能设备的材料，如锂电池中的锂材料、超级电容器中的电极材料等。
3. 氢能材料：氢能材料是指用于储存和利用氢能的材料，如氢气储存材料、氢燃料电池中的催化剂等。
4. 生物能源材料：生物能源材料是指用于生产生物质能源的材料，如生物质燃料中的木材、秸秆等。
四、新能源材料的应用案例1. 太阳能光伏板：太阳能光伏板是利用光伏材料将太阳能转换为电能的装置，通过安装在房顶等位置，可以充分利用太阳能发电，供给家庭用电。
2. 锂电池：锂电池是利用锂材料作为正极材料，将化学能转化为电能的设备，广泛应用于手机、电动车等电子产品中，具有高能量密度、长寿命等优点。
3. 燃料电池：燃料电池是利用储能材料中的氢能与氧气反应产生电能的装置，可以代替传统的发动机，实现清洁能源的利用。
五、新能源材料的挑战与展望1. 技术挑战：新能源材料的研发和应用仍面临着很多技术挑战，如光伏材料的效率和稳定性有待提高，储能材料的能量密度和循环寿命有待提升。
新能源材料课件
28
镁系储氢合金
• 在300-400℃和较高氢压下，Mg2Ni与氢生成 Mg2NiH4，含氢量为3.65wt％，理论储氢量可达6% ，但其稳定性强，释氢困难。
• 用Ca和A1取代部分Mg形成Mg2-xMxNi，氢比物离解速 度比Mg2Ni增大40％以上，活化容易，具有良好的 储氢性能，性质稳定。
• 利用过渡元素(M)置换Mg2Ni中的部分Ni，形成 Mg2Ni1-xMx合金(M＝V、Cr、Mn、Fe、Zn等)，也可 改善吸/释氢的速度，具有实用价值。
29
储氢合金的应用
• 氢储存是储氢合金最基本的应用。 • 金属氢化物储氢密度高，采用Mg2Ni制成的储氢容器
与高压(20MPa)钢瓶和深冷液化储氢装置相比， 在储氢量相等的情况下，三者质量比为1：1.4：
1.2，体积比为1：4：1.3； 储氢合金储氢无需高压或低温设施，节省能源； 氢以金属氢化物形式存在储氢合金中，安全可靠
氢气纯化工厂
氢气纯化装置
32
• 某些储氢合金的氢化物同氘、 氚化物相比，同一温度下吸释 氘氚的热力学和动力学特性有 较大差别，可用于氢同位素的 分离。
• TiNi合金吸收D2的速率为H2的 1/10 ， 将 含 7%D2 的 H2 导 入 到 TiNi合金中，每通过一次可使 D2 浓 缩 50% ， 通 过 多 次 压 缩 和 吸收，氘的浓度可迅速提高， 同时回收大量高纯H2。
34
• 储氢合金电极替代NiCd电池中的Cd负极，组成镍-氢 化物电池，不但具有高能量密度，而且耐过充，放 电能力强，无重金属Cd对人体和环境的危害。
• 富勒烯(C60)和碳纳米管(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
镁系储氢合金
• 在300-400℃和较高氢压下，Mg2Ni与氢生成 Mg2NiH4，含氢量为3.65wt％，理论储氢量可达6% ，但其稳定性强，释氢困难。
• 用Ca和A1取代部分Mg形成Mg2-xMxNi，氢比物离解速 度比Mg2Ni增大40％以上，活化容易，具有良好的 储氢性能，性质稳定。
• 利用过渡元素(M)置换Mg2Ni中的部分Ni，形成 Mg2Ni1-xMx合金(M＝V、Cr、Mn、Fe、Zn等)，也可 改善吸/释氢的速度，具有实用价值。
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储氢合金的应用
• 氢储存是储氢合金最基本的应用。 • 金属氢化物储氢密度高，采用Mg2Ni制成的储氢容器
与高压(20MPa)钢瓶和深冷液化储氢装置相比， 在储氢量相等的情况下，三者质量比为1：1.4：
1.2，体积比为1：4：1.3； 储氢合金储氢无需高压或低温设施，节省能源； 氢以金属氢化物形式存在储氢合金中，安全可靠
氢气纯化工厂
氢气纯化装置
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• 某些储氢合金的氢化物同氘、 氚化物相比，同一温度下吸释 氘氚的热力学和动力学特性有 较大差别，可用于氢同位素的 分离。
• TiNi合金吸收D2的速率为H2的 1/10 ， 将 含 7%D2 的 H2 导 入 到 TiNi合金中，每通过一次可使 D2 浓 缩 50% ， 通 过 多 次 压 缩 和 吸收，氘的浓度可迅速提高， 同时回收大量高纯H2。
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• 储氢合金电极替代NiCd电池中的Cd负极，组成镍-氢 化物电池，不但具有高能量密度，而且耐过充，放 电能力强，无重金属Cd对人体和环境的危害。
• 富勒烯(C60)和碳纳米管(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
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3)安全与环境保护
这是新能源能否大规模应用的关键。例如， 锂电池具有优良的性能，但由于锂二次电池在 应用中出现过因短路造成的烧伤事件，以及金 属锂因性质活泼而易于着火燃烧，因而影响了 应用。为此，研究出用碳素体等作负极载体的 锂离子电池，使上述问题得以避免，现已成为 发展速度最快的二次电池。另外有些新能源材 料在生产过程中也会产生三废而对环境造成污 染；还有服务期满后的废弃物，如核能废弃物， 会对环境造成污染。这些都是新能源材料科学 与工程必须解决的问题。
10
5)延长材料的使用寿命
现代的发电技术、内燃机技术是众多科学家 与工程师在几十年到上百年间的研究开发成果。 用新能源及其装置对这些技术进行取代所遇到的 最大问题是成本有无竞争性。从材料的角度考虑， 要降低成本，一方面要靠从上述各研究开发要点 方面进行努力；另一方面还要靠延长材料的使用 寿命。这方面的潜力是很大的。这要从解决材料 性能退化的原理着手，采取相应措施，包括选择 材料的合理组成或结构、材料的表面改性等；并 要选择合理的使用条件，如降低燃料中的有害杂 质含量以提高燃料电池催化剂的寿命就是一个明 显的例子。
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4.1.2正极材料
目前使用的正极材料为LiCoO2。对此化 合物的晶体结构、化学组成、粉末粒度以及粒 度分布等因素对电池性能的影响进行了深入的 研究。为了降低成本，提高电池的性能，还研 究了一些金属取代金属钴。目前研究较多的是 LiMn2O4和LiFePO4，还在研究双离子传递型聚 合物正极材料。
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(3)新材料决定着新能源的性能与安全性。新型核 反应堆需要新型的耐腐蚀、耐辐照材料。这些材 料的组成与可靠性对反应堆的安全运行和环境污 染起决定性作用。
(4)材料的组成、结构、制作与加工工艺决定着新 能源的投资与运行成本。例如，太阳电池所用的 材料决定着光电转换效率，燃料电池及蓄电池的 电极材料及电解质的质量决定着电池的性能与寿 命，而这些材料的制备工艺与设备又决定着能源 的成本。因此，这些因素是决定该种新能源能否 得到大规模应用的关键。
3
2 材料的作用
(1)新材料把原来习用已久的能源变成新能源。 例如从古代起，人类就使用太阳能取暖、烘干 等，现在利用半导体材料把太阳能有效地直接 转变为电能。再有，过去人类利用氢气燃烧来 获得高温，现在靠燃料电池中的触媒、电解质， 使氢与氧反应而直接产生电能，并有望在电动 汽车中得到应用。
(2)一些新材料可提高储能和能量转化效果。 如储氢合金可以改善氢的存储条件，并使化学 能转化为电能，金属氢化物镍电池、锂离子电 池等都是靠电极材料的储能效果和能量转化功 能而发展起来的新型二次电池。
新能源材料技术
主讲： 朱 继 平 E-mail : jpzh@ 合肥工业大学材料科学与工程学院
1
绪论
• 新能源与新能源材料 • 材料的作用 • 新能源材料的任务及面临的课 • 一些新能源材料的主要进展
2
1 新能源与新能源材料
新能源的出现与发展，一方面是能源技术本身发 展的结果，另一方面也是由于这些能源有可能解决资 源与环境问题而受到支持与推动。太阳能、生物质能、 核能(新型反应堆)、风能、地热、海洋能等一次能源 和二次能源中的氢能等被认为是新能源，其中氢能、 太阳能、核能是有希望在2l世纪得到广泛应用的能源。 新能源的发展一方面靠利用新的原理(如聚变核反应、 光伏效应等)来发展新的能源系统，同时还必须靠新材 料的开发与应用，才能使新的系统得以实现，并进一 步地提高效率、降低成本。
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4.1.3 电解质材料
研究集中在非水溶剂电解质方面，这样可 以得到高的电池电压。重点是针对稳定的正负 极材料调整电解质溶液的组成，以优化电池的 综合性能。还发展了在电解液中添加SO2和CO2 等方法以改善碳材料的初始充放电效率。三元 或多元混合溶剂的电解质可以提高锂离子电池 的低温性能。
6
1)研究新材料、新结构、新效应以提高能量 的利用效率与转换效率
例如，研究不同的电解质与催化剂以提高 燃料电池的转换效率，研究不同的半导体材料 及各种结构(包括异质结、量子阱)以提高大阳 电池的效率、寿命与耐辐照性能等。
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2)资源的合理利用 新能源的大量应用必然涉及到新材料所需 原料的资源问题。例如，太阳电池若能部分地 取代常规发电，所需的半导体材料要在百万吨 以上，对一些元素(如镓、铟等)而言是无法满 足的。因此一方面尽量利用丰度高的元素，如 硅等；另一方面实现薄膜化以减少材料的用量。 又例如，燃料电池要使用铂作触媒，其取代或 节约是大量应用中必须解决的课题。当新能源 发展到一定规模时，还必须考虑废料中有价元 素的回收工艺与循环使用。
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4)材料规模生产的制作与加工工艺 在新能源的研究开发阶段，材料组成与结构 的优化是研究的重点，而材料的制作和加工常使 用现成的工艺与设备。到了工程化的阶段，材料 的制作和加工工艺与设备就成为关键的因素。在 许多情况下，需要开发针对新能源材料的专用工 艺与设备以满足材料产业化的要求。这些情况包 括：①大的处理量；②高的成品率；③高的劳动 生产率；④材料及部件的质量参数的一致性、可 靠性；⑤环保及劳动防护；⑥低成本。
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4 一些新能源材料的主要进展
4.1 锂离子二次电池材料 锂离子电池的发展方向为：发展电动汽
车用大容量电池；提高小型电池的性能； 加速聚合物电池的开发以实现电池的薄型化。 这些都与所用材料的发展密切相关，特别是与 正极材料、负极材料和电解质材料的发展有关 。
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4.1.1碳负极材料
最早使用金属锂作为负极，但由于此种电 池在使用中曾突发短路、使用户烧伤，因此被 迫停产并收回出售的电池，这是由于金属锂在 充放电过程中形成树枝状沉积而造成的。现在 实用化的电池是用碳负极材料，靠锂离子的嵌 入和脱嵌实现充放电的，从而避免了上述不安 全问题。通过堆不同碳素材料在电池中的行为 研究，是碳负极材料得到优化。
5
3 新能源材料的任务及面临的课题
为了发挥材料的作用，新能源材料面临着艰巨 的任务。作为材料科学与工程的重要组成部分，新 能源材料的主要研究内容同样也是材料的组成与结 构、制备与加工工艺、材料的性质、材料的使用效 能以及它们四者的关系。结合新能源材料的特点， 新能源材料研究开发的重点有以下几方面:
3)安全与环境保护
这是新能源能否大规模应用的关键。例如， 锂电池具有优良的性能，但由于锂二次电池在 应用中出现过因短路造成的烧伤事件，以及金 属锂因性质活泼而易于着火燃烧，因而影响了 应用。为此，研究出用碳素体等作负极载体的 锂离子电池，使上述问题得以避免，现已成为 发展速度最快的二次电池。另外有些新能源材 料在生产过程中也会产生三废而对环境造成污 染；还有服务期满后的废弃物，如核能废弃物， 会对环境造成污染。这些都是新能源材料科学 与工程必须解决的问题。
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5)延长材料的使用寿命
现代的发电技术、内燃机技术是众多科学家 与工程师在几十年到上百年间的研究开发成果。 用新能源及其装置对这些技术进行取代所遇到的 最大问题是成本有无竞争性。从材料的角度考虑， 要降低成本，一方面要靠从上述各研究开发要点 方面进行努力；另一方面还要靠延长材料的使用 寿命。这方面的潜力是很大的。这要从解决材料 性能退化的原理着手，采取相应措施，包括选择 材料的合理组成或结构、材料的表面改性等；并 要选择合理的使用条件，如降低燃料中的有害杂 质含量以提高燃料电池催化剂的寿命就是一个明 显的例子。
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4.1.2正极材料
目前使用的正极材料为LiCoO2。对此化 合物的晶体结构、化学组成、粉末粒度以及粒 度分布等因素对电池性能的影响进行了深入的 研究。为了降低成本，提高电池的性能，还研 究了一些金属取代金属钴。目前研究较多的是 LiMn2O4和LiFePO4，还在研究双离子传递型聚 合物正极材料。
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(3)新材料决定着新能源的性能与安全性。新型核 反应堆需要新型的耐腐蚀、耐辐照材料。这些材 料的组成与可靠性对反应堆的安全运行和环境污 染起决定性作用。
(4)材料的组成、结构、制作与加工工艺决定着新 能源的投资与运行成本。例如，太阳电池所用的 材料决定着光电转换效率，燃料电池及蓄电池的 电极材料及电解质的质量决定着电池的性能与寿 命，而这些材料的制备工艺与设备又决定着能源 的成本。因此，这些因素是决定该种新能源能否 得到大规模应用的关键。
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2 材料的作用
(1)新材料把原来习用已久的能源变成新能源。 例如从古代起，人类就使用太阳能取暖、烘干 等，现在利用半导体材料把太阳能有效地直接 转变为电能。再有，过去人类利用氢气燃烧来 获得高温，现在靠燃料电池中的触媒、电解质， 使氢与氧反应而直接产生电能，并有望在电动 汽车中得到应用。
(2)一些新材料可提高储能和能量转化效果。 如储氢合金可以改善氢的存储条件，并使化学 能转化为电能，金属氢化物镍电池、锂离子电 池等都是靠电极材料的储能效果和能量转化功 能而发展起来的新型二次电池。
新能源材料技术
主讲： 朱 继 平 E-mail : jpzh@ 合肥工业大学材料科学与工程学院
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绪论
• 新能源与新能源材料 • 材料的作用 • 新能源材料的任务及面临的课 • 一些新能源材料的主要进展
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1 新能源与新能源材料
新能源的出现与发展，一方面是能源技术本身发 展的结果，另一方面也是由于这些能源有可能解决资 源与环境问题而受到支持与推动。太阳能、生物质能、 核能(新型反应堆)、风能、地热、海洋能等一次能源 和二次能源中的氢能等被认为是新能源，其中氢能、 太阳能、核能是有希望在2l世纪得到广泛应用的能源。 新能源的发展一方面靠利用新的原理(如聚变核反应、 光伏效应等)来发展新的能源系统，同时还必须靠新材 料的开发与应用，才能使新的系统得以实现，并进一 步地提高效率、降低成本。
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4.1.3 电解质材料
研究集中在非水溶剂电解质方面，这样可 以得到高的电池电压。重点是针对稳定的正负 极材料调整电解质溶液的组成，以优化电池的 综合性能。还发展了在电解液中添加SO2和CO2 等方法以改善碳材料的初始充放电效率。三元 或多元混合溶剂的电解质可以提高锂离子电池 的低温性能。
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1)研究新材料、新结构、新效应以提高能量 的利用效率与转换效率
例如，研究不同的电解质与催化剂以提高 燃料电池的转换效率，研究不同的半导体材料 及各种结构(包括异质结、量子阱)以提高大阳 电池的效率、寿命与耐辐照性能等。
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2)资源的合理利用 新能源的大量应用必然涉及到新材料所需 原料的资源问题。例如，太阳电池若能部分地 取代常规发电，所需的半导体材料要在百万吨 以上，对一些元素(如镓、铟等)而言是无法满 足的。因此一方面尽量利用丰度高的元素，如 硅等；另一方面实现薄膜化以减少材料的用量。 又例如，燃料电池要使用铂作触媒，其取代或 节约是大量应用中必须解决的课题。当新能源 发展到一定规模时，还必须考虑废料中有价元 素的回收工艺与循环使用。
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4)材料规模生产的制作与加工工艺 在新能源的研究开发阶段，材料组成与结构 的优化是研究的重点，而材料的制作和加工常使 用现成的工艺与设备。到了工程化的阶段，材料 的制作和加工工艺与设备就成为关键的因素。在 许多情况下，需要开发针对新能源材料的专用工 艺与设备以满足材料产业化的要求。这些情况包 括：①大的处理量；②高的成品率；③高的劳动 生产率；④材料及部件的质量参数的一致性、可 靠性；⑤环保及劳动防护；⑥低成本。
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4 一些新能源材料的主要进展
4.1 锂离子二次电池材料 锂离子电池的发展方向为：发展电动汽
车用大容量电池；提高小型电池的性能； 加速聚合物电池的开发以实现电池的薄型化。 这些都与所用材料的发展密切相关，特别是与 正极材料、负极材料和电解质材料的发展有关 。
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4.1.1碳负极材料
最早使用金属锂作为负极，但由于此种电 池在使用中曾突发短路、使用户烧伤，因此被 迫停产并收回出售的电池，这是由于金属锂在 充放电过程中形成树枝状沉积而造成的。现在 实用化的电池是用碳负极材料，靠锂离子的嵌 入和脱嵌实现充放电的，从而避免了上述不安 全问题。通过堆不同碳素材料在电池中的行为 研究，是碳负极材料得到优化。
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3 新能源材料的任务及面临的课题
为了发挥材料的作用，新能源材料面临着艰巨 的任务。作为材料科学与工程的重要组成部分，新 能源材料的主要研究内容同样也是材料的组成与结 构、制备与加工工艺、材料的性质、材料的使用效 能以及它们四者的关系。结合新能源材料的特点， 新能源材料研究开发的重点有以下几方面: