《新能源材料物理基础》主要知识点

《新能源材料物理基础》知识要点

绪论知识要点

1)能源的概念

能源亦称能量资源或能源资源，是指可产生各种能量（如热量、电能、光能和机械能等）或可作功的物质的统称，是指能够直接取得或者通过加工、转换而取得有用能的各种资源

2)能源的重要意义

能源是整个世界发展和经济增长的最基本的驱动力，是人类赖以生存的基础。

人的衣食住行都离不开各种形式的能源。

能源与人类社会的生存与发展休戚相关

3)按照来源，能源可以分为哪三类？

来自地球外部天体的能源（主要是太阳能）

地球本身蕴藏的能量。如原子核能、地热能等。

地球和其他天体相互作用而产生的能量。如潮汐能

4)按照基本形态，能源可以分为哪两类？

有一次能源和二次能源

5)按照使用性质，能源可以分为哪两类？

有燃料型能源（煤炭、石油、天然气、泥炭、木材）和非燃料型能源（水能、风能、地热能、海洋能）。

6)新能源概念

又称非常规能源，是指传统能源（煤炭、石油、天然气、水能、木材等）之外的各种能源形式。指刚开始开发利用或正在积极研究、有待推广的能源。

7)新能源的特点

1）资源丰富，可再生，可供人类永续利用；

2）能量密度低，开发利用需要较大空间；

3）不含碳或含碳量很少，对环境影响小；

4）分布广，有利于小规模分散利用；

5）间断式供应，波动性大，对继续供能不利；

6）目前除水电外，可再生能源的开发利用成本较化石能源高。

8)新能源有哪些主要类型？

大中型水电；

新可再生能源，包括小水电、太阳能、风能、现代生物质能、地热能、海洋能；

传统生物质能。

9)新能源材料的概念与主要类型

新能源材料，就是为利用这些非常规的能源，所制造的新兴材料。

能源技术材料、能量转换与储能材料和节能材料等。

快离子导体与燃料电池知识要点

1.材料的导电载流子主要有哪些？

电子，电子空穴；离子，离子空位

2.材料按照其导电性大小，可以分为4种类型；导电性与温度的关系

超导体导体半导体绝缘体

3.快离子导体的概念，快离子导体的其他名称

所谓快离子导体，是指固体状态下，具有某种选择性的高离子电导率（i>10-4Sm-1），离子活化能E a 较低（低于0.5 eV），其i值与熔盐或强电解质相当，与此同时，其电子电导率很低（e<10-11sm-1）的材料。

固体电解质（Solid Electrolyte）或超离子导体

4.快离子导体的特点及主要应用（举例）。

化学电源•电化学传感器•反应器•金属提纯•材料热力学数据的测量•电致变色•电积分器

全固态、特异性（固体电化学反应器）、离子运动具有较大弛豫性（忆阻器）5.快离子导体中载流子迁移有哪两种类型（空位，填隙）？

空位迁移和填隙离子迁移

6.Arrhenius方程，根据不同温度的电导率数据，如何计算活化能？

σ 画出lnσ——曲线取斜率

7.经典离子扩散跃迁理论（要求掌握快离子导电电导率温度关系的推导及应用）

设离子电量q，电场x方向E，晶格常数a

则离子沿电场正反方向移动的几率分别为

则离子沿电场方向的平均漂移速度为v=

外电场不是很强有aqE<<，所以近似v=

令D=（扩散系数），有v=

电流密度j=nqv=σE，所以离子电导率σ=

令，则σ

8.离子迁移数的概念，离子迁移数对燃料电池开路电压的影响（要求掌握推导）

离子电导率在总电导率中所占比例称为离子迁移数

9.如何测量快离子导体的电导率？

交流阻抗谱法

10.钠硫电池概念，电解质电极，充放电过程中电极反应的电化学方程；钠硫电池

的应用

一种新型的高能密度电池。电解质为固体β-氧化铝，负极金属钠，正极硫

钠硫电池应用：削峰填谷，应急电源，风力发电，储能电站，电动汽车

11.常用的氧离子导体有哪些？具有怎样的晶体结构？

氧化锆，氧化铈，氧化铋——立方萤石结构

镓酸镧——钙钛矿结构

12.稀土（例如Y）、碱土（例如Ca）掺杂氧化锆（氧化铈）产生氧空位的缺陷化

学方程式

13.掺杂量与离子电导率的关系

低浓度时掺杂增加氧空位电导率增加，高浓度掺杂形成缔合缺陷，电导率降低。

14.固体氧化物燃料电池（SOFC）的基本结构及主要材料

氧化物多晶陶瓷，电解质为氧化物离子导体。

15.固体氧化物燃料电池的工作原理，电极与电池的电化学反应方程

16.固体氧化物燃料电池的主要特点

高效率，可热电联供

无腐蚀、无漏液、低噪音

低成本

原料来源广泛

燃料要求低、环境友好

设计种类多样

高温带来的问题

17.离子-电子混合导体概念

是介于离子导体和电子导体之间的一类固体材料，它同时传导离子和电子（自由电子和（或）电子空穴）载流子。

18.SOFC阴极材料、阳极材料

阴极：LSM/YSZ复合材料阳极：Ni-YSZ/GDC/SDC金属陶瓷阳极

19.三相边界区域（TPB）涉及的是哪三相？

气相、电子导电相和离子导电相

20.逾渗的概念，逾渗发生的条件

两相媒质中的两个相，当孔隙太小，连通性不够，气体不可能透过。存在临界阈值，超过临界阈值产生气体渗透的现象称为逾渗。

超级电容器知识要点

1.超级电容器的概念与特点

超级电容器是一种性能介于常规电容器和二次电池之间的新型储能元件。与传统意义上的电容器相比，超级电容器具有更高的比电容量和能量密度，与二次电池相比则具有功率密度高，充放电时间短，循环性能好，使用寿命长，便于维护等特点

2.超级电容器与传统的静电电容器和二次电池的区别及联系

其功率密度远高于普通电池，能量密度远高于传统电容器，填补了这两个传统技术间的空白。超级电容器具备了传统电容器和二次电池的双重功能。

3.超级电容器的分类

电极材料：碳电极电容器、金属氧化物电极电容器、导电聚合物电极电容器、复合材料电极电容器

结构与反应：对称型超级电容器、非对称型超级电容器

储能原理：双电层电容器、法拉第准电容电容器、混合类型电容器

电解质：有机系超级电容器、水系超级电容器、全固态超级电容器

4.双电层型超级电容器的原理与电极反应

双电层电容器的能量储存在双电层电容器界面上，界面两边分别是电子导电的电极和离子导电的电解液。