《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。

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