未来的新型能源材料.docx
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未来的新型能源材料
未来的新型能源材料
篇一：
未来的几种新能源材料 摘要：
新能源技术离不开新材料技术，太阳能电池材料、储氢材料、固体氧化物燃料电池材料等是在未来具有发展潜力的几种新能源材料。
太阳能电池根据材料不同可分为：
硅太阳能电池；以无机盐如砷化镓III-V化合物、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料的电池；功能高分子材料制备的大阳能电池；纳米晶太阳能电池等。
储氢材料有金属氢化物、有机氢化物和利用分子力吸附储氢的材料等。
固体氧化物燃料电池主要由阴阳电极、固体氧化物电解质、连接体以及密封材料构成。
关键词：
新能源材料太阳能电池储氢材料固体氧化物燃料电池
正文：
新能源技术是指在新技术基础上，系统地开发利用的可再生能源，如核能、太阳能、风能、生物质能、地热能、海洋能、氢能等。
新能源新材料是在环保理念推出之后引发的对不可再生资源节约利用的一种新的科技理念，新能源新材料是指新近发展的或正在研发的、性能超群的一些材料，具有比传统材料更为优异的性能。
新材料技术则是按照人的意志，通过物理研究、材料设计、材料加工、试验评价等一系列研究过程，创造出能满足各种需要的新型材料的技术。
今天我所要讨论的是在未来具有发展潜力的几种新能源材料，包括太阳能电池材料、储氢材料、固体氧化物燃料电池材料等。
制作太阳能电池主要是以半导体材料为基础，根据所用材料的不同，太阳能电池可分为：
硅太阳能电池；以无机盐如砷化镓III-V化合物、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料的电池；功能高分子材料制备的大阳能电池；纳米晶太阳能电池等。
硅系列太阳能电池中，单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。
在电池制作中，一般都采用表面织构化、发射区钝化、分区掺杂等技术，开发的电池主要有平面单晶硅电池和刻槽埋栅电极单晶硅电池。
提高转化效率主要是靠单晶硅表面微结构处理和分区掺杂工艺。
然而，由于受单晶硅材料价格及相应的繁琐的电池工艺影响，致使单晶硅成本价格居高不下，要想大幅度降低其成本是非常困难的。
为了节省高质量材料，寻找单晶硅电池的替代产品，现在发展了薄膜太阳能电池，其中多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池就是典型代表。
砷化镓III-V化合物及铜铟硒薄膜电池由于具有较高的转换效率受到人们的普遍重视。
GaAs属于III-V族化合物半导体材料，其能隙为，正好为高吸收率太阳光的值，因此，是很理想的电池材料。
铜铟硒CuInSe2简称CIC，CIS材料的能降为，适于太阳光的光电转换，另外，CIS薄膜太阳电池不存在光致衰退问题。
因此，CIS用作高转换效率薄膜太阳能电池材料也引起了人们的注目。
在太阳能电池中以聚合物代替无机材料是刚刚开始的一个太阳能电池制备
的研究方向，其原理是利用不同氧化还原型聚合物的不同氧化还原电势，在导电材料表面进行多层复合，制成类似无机P-N结的单向导电装置。
由于有机材料柔性好，制作容易，材料来源广泛，成本底等优势，从而对大规模利用太阳能，提供廉价电能具有重要意义。
但以有机材料制备太阳能电池的研究仅仅刚开始，不论是使用寿命，还是电池效率都不能和无机材料特别是硅电池相比，能否发展成为具有实用意义的产品，还有待于进一步研究探索。
纳米晶化学太阳能电池是由一种在禁带半导体材料修饰、组装到另一种大能隙半导体材料上形成的，窄禁带半导体材料采用过渡金属Ru以及Os等的有机化合物敏化染料，大能隙半导体材料为纳米多晶TiO2并制成电极，此外NPC电池还选用适当的氧化—还原电解质。
纳米晶TiO2太阳能电池的优点在于它廉价的成本和简单的工艺及稳定的性能。
其光电效率稳定在10％以上，制作成本仅为硅太阳电池的1/5～1/10，寿命能达到20年以上，但由于此类电池的研究和开发刚刚起步，估计不久的将来会逐步走上市场。
不论以何种材料来制作电池，对太阳能电池材料一般的要求有：
半导体材料的禁带不能太宽；要有较高的光电转换效率；材料本身对环境不造成污染；材料便于工业化生产且材料性能稳定。
基于以上几个方面考虑，硅是最理想的太阳能电池材料，这也是太阳能电池以硅材料为主的主要原因。
但随着新材料的不断开发和相关技术的发展，以其它材料为基础的太阳能电池也愈来愈显示出诱人的前景。
氢能，即氢气中所含有的能量。
具有环境友好、资源丰富、热值高、燃烧性能好、潜在经济效益高等特点。
但是，氢能的使用至今未能商业化，主要的制约因素就是存储问题难以解决。
因此，氢能的利用和研究成为是当今科学研究的热点之一。
而寻找性能优越、安全性高、价格低廉、环保的储氢材料则成为氢能研究的关键。
目前，氢可以以高压气态液态、金属氢化物、有机氢化物和物理化学吸附等形式储存。
高压气态液态储氢发展的历史较早，是比较传统而成熟的方法，无需任何材料做载体，只需耐压或绝热的容器就行，但是储氢效率很低，加压到15MPa时质量储氢密度不超过3%。
而且存在很大的安全隐患，成本也很高。
金属氢化物储氢的原理是氢原子进入金属价键结构形成氢化物。
有稀土镧镍、钛铁合金、镁系合金、钒、铌、锆等多元素系合金。
具体有NaH-Al-Ti、Li3N-LiNH2、MgB2-LiH、MgH2-Cr2O3及Ni（Cu,Rh）-Cr-FeOx等物质，质量储氢密度为2%-5%。
金属氢化物储氢具有高体积储氢密度和高安全性等优点。
在较低的压力（1×106Pa）下具有较高的储氢能力,可达到100kg/m3以上。
但是，金属氢化物储氢最大的缺点是金属密度很大，导致氢的质量百分含量很低，一般只有2%-5%，而且释放氢时需要吸热，储氢成本偏高。
目前大量的储氢研究是基于物理化学吸附的储氢方法。
物理吸附是基于吸附剂的表面力场作用，根源于气体分子和固体表面原子电荷分布的共振波动，维系吸附的作用力是范德华力。
吸附储氢的材料有碳质材料、金属有机骨架（MOFs）材料和沸石咪唑酯骨架结构（ZIFs）材料、微孔/介孔沸石分子筛等矿物储氢材料。
简言之，各种储氢材料各有千秋，若兼顾安全、成本、容量考虑，还没有一种能达到国际能源协会或美国XX年的目标，尤其是在成本方面。
然而，利用
矿物储氢可以降低成本，且改性后能有效提高储氢容量，具有很好的开发前景。
其中，凹凸棒石的特殊结构凸显出其在储氢方面的优势。
固体氧化物燃料电池（SolidOxideFuelCell，简称SOFC）属于第三代燃料电池，是一种在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态化学发电装置，适用于大型发电厂及工业应用。
SOFC采用固体氧化物作为电解质，在高温下具有传递O2-的能力，在电池中起着传导O2-和分隔氧化剂与燃料的作用。
在阴极，氧分子得到电子还原为氧离子；氧离子在电解质隔膜两侧电势差与氧浓度差驱动力的作用下，通过电解质隔膜中的氧空位，定向跃迁到阳极侧，并与燃料进行氧化反应。
SOFC的优点是具有较高的电流密度和功率密度；阳、阴极极化可忽略，彼化损失集中在电解质内阻降；可直接使用氢气、烃类（甲烷）、甲醇等作燃料，而不必使用贵金属作催化剂；避免了中、低温燃料电池的酸碱电解质或熔盐电解质的腐蚀及封接问题；能提供高质余热，实现热电联产，燃料利用率高，能量利用率高达80％左右，是一种清洁高效的能源系统；广泛采用陶瓷材料作电解质、阴极和阳极，具有全固态结构；陶瓷电解质要求中、高温运行（600～1000℃），加快了电池的反应进行，还可以实现多种碳氢燃料气体的内部还原，简化了设备。
SOFC主要由阴阳电极、固体氧化物电解质、连接体以及密封材料构成。
在SOFC中，阳极通常由金属镍及氧化钇稳定的氧化锆骨架组成。
这种复相材料是目前固体氧化物燃料电池（SOFC）阳极材料的最佳选择。
在Ni中加入YSZ的目的是使发生电化学反应的三相界向空间扩展，即实现电极的立体化，并在SOFC的操作温度下保持阳极的多孔结构及调整电极的热膨胀系数使其与其它电池组件相匹配。
在这种金属陶瓷复合阳极中，YSZ作为金属Ni的载体，可有效地防止在SOFC操作过程中金属粒子粗化。
Ni和YSZ在还原气氛中均具有较高的化学稳定性，并且在室温至SOFC操作温度范围内无相变产生。
Ni-YSZ在1000℃以下几乎不与电解质YSZ及连接材料LaCrO3发生反应。
Ni-YSZ金属陶瓷阳极的导电率和其中的Ni含量密切相关。
当Ni的比例低于30％时Ni-YSZ金属陶瓷的导电性能与YSZ相似，说明此时通过YSZ相的离子导电占主导地位；但当Ni的含量高于30％时，由于Ni粒子互相连接构成电子导电通道，使Ni-YSZ复合物的电导率增大三个数量级以上，说明此时Ni金属的电子电导在整个复合物电导中占主导地位。
Sr掺杂的LaMnO3是最佳的阴极材料。
LSM具有在氧化气氛中电子电导率高﹑与YSZ化学相容性好等特点通过修饰可以调整其热膨胀系数，使之与其他电池材料相匹配。
连接体是SOFC的关键部件之一，其性能优劣直接制约电池的性能和使用寿命。
高温型SOFC的工作温度为1000℃左右。
近年来，随着阳极支撑平板式SOFC研制成功，新型电解质膜从原来的200m降到20m，解决了电解质欧姆极化过高的问题，使SOFC工作温度从1000℃下降至800℃以下。
这使选用金属材料作为SOFC连接体成为可能。
Ni基合金、Cr基合金、奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢等都被考虑用作连接体材料。
Ni基和Cr基合金都具有很好的耐热性和抗氧化性，但Ni基合金的热膨胀系数远大于SOFC的其它组元；Cr基合金满足热膨胀匹配与导电性的要求，但价格高、不易制成复杂的形状，大量的Cr容易引起阴极Cr中毒。
奥氏体不锈钢热膨胀系数也远大于SOFC的其它组元，
不适合作连接体材料。
铁素体不锈钢是含Cr的铁基合金，在800℃左右时，热膨胀系数为1×10-6～13×10-6／℃，与钇稳定氧化锆（YSZ）电解质的热膨胀系数相近，具有材料成本低、气密性好、易于加工等优点，因此金属连接体我们更倾向于采用铁素体不锈钢。
SOFC具有较多的优点,但要使SOFC商业化，还需克服很多技术壁垒，如低成本制造技术、电池堆的长期稳定性及可靠性等问题。
参考文献：
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师昌绪.跨世纪材料科学技术的若干热点问题.自然科学进展1999（01）.
新能源材料.《新材料产业》XX年第2期.
新能源材料.《新材料产业》XX年第12期.
.杜柯.新能源材料与器件新专业教学之浅见.《湖北函授大学学报》XX年第8期.
篇二：
中国新能源材料的发展 引言：
人类社会对能源的需求持续增长，能源需求结构也在发生变化，与此同时人类又面临着矿物能源环境污染和枯竭的难题，能源问题成为当今社会面临的重要问题之一。
由于传统化石能源的非可再生性以及人们对其利用造成大量环境污染，因此寻找一种新型的能源成为科学研究的热点。
这一切都激励着新能源的出现和发展，太阳能、氢能、核能、生物能、风能、地热能、海洋能等被认为是新能源，但它们必须依靠新材料的开发与应用才能得以实现，并进一步提高效率、
降低成本。
新能源材料就是用于新能源生产、转换和应用所需的材料。
我国既是能源的消费大国,也是能源的生产大国。
虽然1990年以来能源生产总量已名列前茅,但人均占有能源消费量只有发达国家的5%—10%;但在另一方面,每万美元国民生产总值能耗方面则为世界各国之首,为印度的倍,为发达国家的4—6倍;使用能源的设备效率偏低,又造成能源的浪费,能源利用效率不高。
再者,我国能源生产与消费以煤及石油为主,造成严重的环境污染。
目前，人类使用的能源最主要是非再生能源，如石油、天然气、煤炭和裂变核燃料。
约占能源总消费量的90％左右，再生能源如水力、植物燃料等只占10％左右。
中国能源战略的基本内容是：
坚持节约优先、立足国内、多元发展、依靠科技、保护环境、加强国际互利合作，努力构筑稳定、经济、清洁、安全的能源供应体系，以能源的可持续发展支持经济社会的可持续发展。
新能源是与传统能源相对应的一种能源，它包括太阳能、风能、水能、核能、生物质能、海洋能、地热能、氢能等。
新能源是传统能源的有效替代，可以大大缓解目前能源供应紧张的局面，并改善环境。
新能源与传统能源相比，优越性首先体现在资源丰富，大多是无限的，而传统能源都是有限的。
另外传统能源大都排放二氧化碳等污染物，而新能源比较环保，是清洁能源。
中国正处于工业化、城市化加速发展的历史阶段，能源需求有着很大的增长空间。
为抑制高耗能行业过快增长，中国政府正研究建立能源消费总量控制制度，未来将研究开征化石能源消费税，并实现原油、天然气和煤炭资源税从价计征。
根据中国政府制定的“十二五”能源规划，到XX年中国能源消费总量将控制在41亿吨标煤左右，非化石能源占一次能源消费比重达到%，到2020年非化石能源占一次能源消费比重达到15%。
一是大力发展风能。
中国风能储量很大、分布面广，开发利用潜力巨大。
“十一五”期间，中国的并网风电得到迅速发展。
XX年中国全国累计风电装机容量再创新高，海上风电大规模开发也正式起步。
“十二五”期间，中国风电产业仍将持续每年10,000兆瓦以上的新增装机速度，风电场建设、并网发电、风电设备制造等领域成为投资热点，市场前景看好。
二是大力发展太阳能。
太阳能的利用主要是指太阳能光伏发电和
太阳能电池。
在光伏发电方面，中国仍处在起步阶段，发展水平远远落后于经济发达国家，但随着中国国内光伏产业规模逐步扩大、技术逐步提升，光伏发电成本会逐步下降，未来中国国内光伏容量将大幅增加。
按照《可再生能源发展“十二五”规划》提出的目标，未来5年内中国太阳能屋顶电站装机规模将达现有规模的十倍。
在太阳能电池方面，近年来，中国太阳能电池制造业通过引进、消化、吸收和再创新，获得了长足的发展，中国已在太阳能电池生产制造方面取得很大进展，也将成为使用太阳能的大市场。
三是大力发展水能。
目前，中国不但是世界水电装机第一大国，也是世界上在建规模最大、发展速度最快的国家，已逐步成为世界水电创新的中心。
随着中国经济进入新的发展时期，加快西部水力资源开发、实现西电东送，对于解决国民经济发展中的能源短缺问题、改善生态环境、促进区域经济的协调和可持续发展，无疑将会发挥极其重要的作用。
四是积极发展核能。
发展核电是中国调整能源结构的重点之一，未来5~10年，我国新建核电机组将以每年5~8台的速度递增，成为世界核电发展的火车头。
五是大力发展氢能。
在氢能领域，中国着重要解决的是燃料电池发动机的关键技术。
虽然这方面的技术已有突破，但还需要更进一步对燃料电池产业化技术进行改进、提升，使产业化技术成熟。
中国将加大对氢能研发的投入，以提高中国在燃料电池发动机关键技术方面的水平。
六是大力发展生物质能。
中国拥有丰富的生物质能资源，理论上生物质能资源达50亿吨左右。
现阶段可供利用开发的资源主要为生物质废弃物，包括农作物秸秆、薪柴、禽畜粪便、工业有机废弃物和城市固体有机垃圾等。
“十二五”期间，中国将通过合理布局生物质发电项目、推广应用生物质成型燃料、稳步发展非粮生物液体燃料、积极推进生物质气化工程，到XX年生物质发电装机将达到1,300万千瓦。
产业竞争无序，存在恶性竞争的情况应该引起警惕，市场准入有待提高，促进新能源产业的有序健康发展；
自主创新的动力和能力不足，目前大多数新能源和节能环保的技术和产业研发投入不足，缺乏自主科学技术；
技术产业的示范与应用推广，市场推广度还不高。
并且，融资机制匮乏。
虽然中国政府不断加大财政预算，通过银行推动绿色信贷，还积极推行合同能源管理、国际CDM交易等新型融资方式，并与国际金融机构广开合作之门，甚至开始建立环境交易所，拓展融资渠道。
但是，这些努力带来的资金非常有限。
融资机制匮乏限制了新能源产业发展的速度，甚至可能损害新能源产业的健康发展。
结语：
在当今社会，没有哪一种科学技术或解决方案，能够独立的解决全球碳排放问题，而是必须与运输业、制造业、能源行业、农林业、房地产、金融业等相互结合技术，才能使之可行。
能源消耗与经济增长相辅相成，因此积极开拓、发展并加速新能源技术应用成为必然选择。
篇三：
新能源材料整理 1.能源定义：
可以直接或间接提供人类所需的光、热、电、动力等任何形式的载能体资源。
2.地球能量的来源和分类
3.我国能源的利用特点
能源资源相对短缺。
石油资源不足。
能源生产和消费以煤炭为主：
消费总量占70%左右，污染大，利用率低。
能源利用效率低，清洁能源和新能源利用率不高。
4.我国能源工业面临的问题与改善措施
面临为题：
（1）环境污染严重；
（2）人均能耗水平低；（3）能源建设周期长，耗能多；
（4）新能源占的比例少；（5）能源工业装备落后。
改善措施：
改善能源结构；提高能源利用率；加速实施洁净煤技术；合理利用石油和天然气；
加快电力发展速度；积极开发利用新能源；
建立合理的农村能源结构，扭转农村严重缺能局面；
改善城市民用能源结构，提高居民生活质量；重视能源的环境保护。
5.燃料电池：
一种直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效地转化为电能的发电装置。
6.能源材料：
实现能源的转化和利用，以及发展能源技术所涉及的关键材料。
与能源开发、运输、转换和利用等相关的材料都属于能源材料。
7.材料对能源的影响
材料产生新能源材料提高储能和能源的转换效率
新材料决定能源技术的利用和安全性材料的组成、结构、制作和加工工艺决定新能源的投资和运营成本。
清洁材料是清洁能源与能源技术的基础。
8.能源材料的种类
按材料种类和使用用途来分：
燃料；能源结构材料；能源功能材料。
按使用目的分：
能源工业材料；新能源材料；节能材料；储能材料等。
9.温室效应解决方法：
减少化石能源利用；地球绿化面积扩大
CO2泵入地下（废矿井、含砂层、页岩），一座100万千瓦电厂，10年内可贮存6000万吨CO2
通过催化剂与生物工程CO2＋H2O→→粮食
一、太阳
1.太阳是一个能发光发热的天体，发出的光和热叫做太阳能。
2.太阳平均密度大约只有地球平均密度的1/4。
二、太阳辐射
1.组成太阳的主要气体为氢和氦，太阳内部每时每刻都进行着将4个氢核聚变成1个氦核的热核反应；
2.太阳内部可以分为三层：
核心层、辐射层和对流层,是复杂辐射体，且辐射波长和温度不同，但在实际太阳能利用的计算中，常常把太阳简化成一个温度为6000K的辐射黑体，即太阳辐射相当于温度为6000K的黑体的辐射。
3.太阳辐射的总能量中只有二十二亿分之一到达地球大气层上界。
4.
（1）太阳辐射的能量主要集中在波长微米之间。
即紫外光区、可见光区和红外光区。
（2）太阳辐射的能量主要分布在可见光区和红外区，在波长微米的地方，太阳辐射的能力达到最高值。
5.地面辐射的时空变化特点是：
①全年以赤道获得的辐射最多，极地最少。
这种热量不均匀分布，导
致地表各纬度的气温产生差异，在地球表面出现热带、温带和寒带气候；②太阳辐射夏天大冬天小，它导致夏季温度高而冬季温度低。
6.由于地球以椭圆形轨道绕太阳运行，因此太阳与地球之间的距离不是一个常数，所以地球大气层外的太阳辐射强度几乎是一个常数。
因此人们就采用“太阳常数”来描述地球大气层上方的太阳辐射强度。
“太阳常数”是指平均日地距离时，在地球大气层上界垂直于太阳辐射的单位表面积上所接受的2太阳辐射能。
经过测定，国际学术界一致将“太阳常数”取为1353W/m。
7.太阳能的转换与应用—本章重点★
太阳能必须即时转换成其他形式能量才能贮存和利用，转换的方式主要有以下几种：
太阳能
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