新能源材料与器件导论绪论

新能源材料与器件导论彭忠东副教授中南大学冶金科学与工程学院第一章绪论一，课程背景二，课程内容三，新能源概述3.1能源现状及问题3.2绿色技术3.3新能源概念3.4新能源材料3.5新能源器件3.6新能源材料与器件的开展新能源材料与器件专业是适应国家战略性新兴产业开展需要而设立战略性新兴产业是新兴技术和新兴产业的深度融合，既代表着科学技术创新的方向，也代表着产业开展的方向，已经成为推动产业结构升级和引领社会进步的根本动力。新能源是世界经济开展中最具决定性影响的五大领域之一〔信息、生物、新材料、新能源、空间技术〕。一.课程背景新能源材料与器件能源危机材料发展环境污染资源紧缺战略新兴产业：节能环保、新兴信息产业、生物产业、新能源、新能源汽车、高端装备制造业和新材料〞一.课程背景新能源技术促进和谐开展推动低碳经济一课程背景——可持续开展的要求能源和材料是人类社会赖以生存和发展的最重要物质基础。随着人类发展和社会工业化进程的推进，与人类休戚相关的石油、天然气和煤等传统能源日益减少，随之而来的环境污染日益严重，威胁着人类的可持续发展。人类社会要实现可持续发展战略，保护自然环境与资源，必须发展新材料和新能源技术。能源的转化与储存在充分利用地球资源，实现人类可持续发展、推动低碳经济方面起着重要的作用。前言低碳生活开展清洁可再生能源实现清洁能源的高效利用风能太阳能动力型超级电容器

锂动力电池组一.课程背景—面临任务研发环境友好、清洁高效的新能源材料与器件成为能源领域的主旋律。二.课程教学内容本课程集中讲述当今主流新能源材料与器件的开展概况，内容涉及各类新能源材料与器件根本概念、根本原理、根本结构和性能等，重点介绍锂离子二次电池、太阳能电池、燃料电池、超级电容器等器件及关键材料的应用和开展前景。参考书目：《新能源材料》陈军，化学工业出版社;2003《电池手册》，托马斯B.雷迪(ThomasB.Reddy)(编者),汪继强(译),化学工业出版社，2023年7月1日《新能源技术》翟秀静编著《先进电池材料》李景虹编著,化学工业出版社,北京,2004《新能源材料技术》朱继平，化学工业出版社;第1版(2023年1月1日)《能源电化学》陆天虹，化学工业出版社，2023年11月1日《锂离子电池:科学与技术》，义夫正树化学工业出版社，2023年1月1日三、新能源概述3.1能源1.根本概念能量形式:机械能(风能、水能等)、电磁能、热能、化学能、原子能、光能。能源:自然界中能为人类提供某种形式能量的物质资源。关于能源的定义，说法较多。《科学技术百科全书》：“能源是可从其获得热、光和动力之类能量的资源〞；《大英百科全书》：“能源是一个包括着所有燃料、流水、阳光和风的术语，人类用适当的转换手段便可让它为自己提供所需的能量〞；《日本大百科全书》：“在各种生产活动中，我们利用热能、机械能、光能、电能等来作功，可利用来作为这些能量源泉的自然界中的各种载体，称为能源〞；我国《能源百科全书》：“能源是可以直接或经转换提供人类所需的光、热、动力等任一形式能量的载能体资源。〞可见，能源是一种呈多种形式的，且可以相互转换的能量的源泉。2.能源种类：按形成方式可分为：一次能源，即可供直接利用的能源，如煤、石油、天然气、风能、太阳能等；二次能源，即由一次能源直接或间接转换而来的能源，如电、蒸汽、煤气、氢等，它们使用方便，易于利用，是高品质的能源。按循环方式可分为：可再生能源，即不会随它本身的转化或人类的利用而越来越少，如风能、生物质能、太阳能、氢能等；非再生能源，它随人类的利用而越来越少，如石油、煤、天然气、核燃料等。按环境保护的要求可分：清洁能源〔绿色能源，如太阳能、氢能、风能、化学能源等〕和非清洁能源〔如，化石燃料〕按对被利用的程度分：常规能源，被广泛利用的能源如煤、石油、水力、电能；新能源，如太阳能、氢能、地热能、生物质能等，另外还有核能。能源利用与开发太阳能化石能源风能水能核能地热能化学能源3.能源现状与问题人类社会的开展离不开优质能源的出现和先进能源技术的使用。在当今世界，能源的开展，能源和环境，是全世界、全人类共同关心的问题，也是我国社会经济开展的重要问题。非再生能源:石油、天然气、煤炭和裂变核燃料约占能源总消费量的85%左右〔全世界为90%〕再生能源:水力、太阳能、风能等只占15%左右。2050年争取到达50%。各种能源的消费比例图:左图为我国能源结构；右图为世界能源分布图再生能源分布:太阳能占99%以上,风能、地热能、生物质能等不到1%人类使用的能源归根到底要依靠太阳能，太阳能是人类永恒开展的能源保证。我国石油产品需求预测

2010年，万吨2020年，万吨汽、煤、柴油17750-1890021700-28800润滑油520-560560-770燃料油29002700化工用油4700-56007200-8700其它5400-55006600-6700石油产品合计31300-3350038800-47700国内石油需求3.3-3.5亿吨4.1-5.0亿吨其它：LPG、沥青、石油焦、溶剂油、硫磺等2004年我国汽柴油消耗分别达4706万吨和10292万吨(合计1.5亿吨)

无穷大约45年约15约61年约30约230年约81约71年约50我国各种能源探明储量（以储采比表示）与世界比较摘自“光伏技术和产业发展战略国际研讨会：机遇与挑战”论文集2004年4月8日，北京P8050100150200250300太阳能石油天然气煤铀世界中国能源问题—矿物能源面临枯竭

能源危机与能源平安是当前世界各国面临的严峻挑战改善能源结构，实现能源多元化是国家开展的必然选择!利用能源的过程直接污染地球环境。主要来源：1)煤、石油等燃料的燃烧；2)汽车排放的废气；3)工业生产(化工厂、炼焦厂等)过程中产生的废气。大气污染：1)酸雨问题；2)温室效应；3)臭氧层破坏。能源问题—环境污染二氧化碳是化石能源的最终排放形态化石能源及其现状表3全球各国CO2排放量比较排行2023年

原油需求控制在4.5亿吨，至少进口2.5亿吨，对外依存度65%.汽车保有量应控制在1亿辆(现有2400万辆)

2004年，产量500万辆，到2023年汽车年产量到达800到1000万辆

在北京、上海等大城市，空气污染的60%来自汽车排放二氧化碳的全球排放量中，中国居第二

2023550ppm从左图大气CO2浓度随年代的变化及其在全球的分布图可以看出：很明显，近20年来，CO2的浓度上升迅速非常迅速，2023年接近550ppm。而且，主要分布在美国和中国所在的北半球高纬度60-80度处。CO2大量排放带来的最直接危害就是产生温室效应！“温室效应〞使地球变暖带来的严重后果A、根据IPCC的预测，2050年地球的平均气温将增加2.5±1℃B、专家认为：近100年来，全球年平均气温上升了0.6℃。预计到2100年，全球年平均气温将比1990年上升1.5－3.5℃C、美国皮尤全球气候变化研究中心发表的一份报告估计，到2100年全球气温将升高摄氏度，并导致海平面升高17-99厘米。D、全球森林面积迅速下降，现有森林已无法吸收各国所排放的二氧化碳，已使大气层中二氧化碳含量迅速增加，整个气候状况已经进入恶性循环状态。E、气候变暖有可能导致极地冰帽迅速融化，进而使海平面上升，引发大规模洪水。在地球历史上发生于15万年前的冰川期那么只是因为在2万年内地球气温升高5℃所造成的。温室效应还会造成极端降水〔暴雨、暴雪〕、飓风、山崩及泥石流等“非常事件〞将频繁出现。专家们注意到，在过去几年里，衡量气候变化的“非常事件指数〞〔ExtrenmeEventlndex〕不断攀高，由于气候变化而引起的自然灾害随时可能出现。G.温室效应造成厄尔尼诺现象频繁发生，气候异常、危害严重3.2绿色技术随着世界人口剧增，常规能源的日益匮乏及大量污染物的排放又进一步加剧了人类生态环境的恶化。为此，人类需要来寻求一种新的技术体系，以实现人类的可持续开展。绿色技术应运而生，是指能减少污染、降低消耗和改善生态的技术体系。尽量设计没有或者只有尽可能小的环境负作用的产品，并且在技术上和经济上可行的生产和应用过程。它使所研究开发得产品和过程对环境更加友好，是实现污染预防的根本的和重要的科学手段。绿色技术主张在通过化学转换获取新物质的过程中充分利用每个原子，具有原子经济性，因此它既能够合理利用资源和能源，又能够实现防止污染。原料能够摆脱化石燃料的限制使用过程无排放污染绿色电池能源转换过程不受热力学卡诺循环限制绿色新能源的特点与优势

绿色技术在能源领域引发的产业革命正如火如荼：大力开展高效清洁的新能源及其先进能源材料的研究以替代化石能源，改善能源结构、实现能源多元化。政府相继出台了针对新能源的扶持政策及远景规划，决定综合采取财政补助、科技支持和市场拉动的方式，加快本国新能源产业的产业化和规模化开展。各主要经济体方案在2023年将可再生能源的比重提高至15-20%左右。全球主要经济体的新能源开展和减排目标资料来源:交银国际PV核能欧洲联合研究中心对未来能源发展预测无论如何强调新能源和可再生能源的发展意义都不过分。

太阳能氢能风能1.根本概念新能源是相对常规能源而言的，一般指以采用新技术和新材料而获得的，在新技术根底上系统开发利用的能源。包括太阳能、生物质能、化学能源、风能、地热能、海洋能、潮汐能，以及氢能、沼气、酒精、甲醇等。随着常规能源的有限性以及环境问题的日益突出，以环保和可再生为特征的新能源越来越得到各国的重视。新能源具有资源可持续、清洁、分布均衡等特点，必将成为未来可持续能源系统的支柱。新能源产业的开展既是整个能源供给系统的有效补充手段，也是环境治理和生态保护的重要措施，是满足人类社会可持续开展需要的最终能源选择。3.3新能源的概念2.新能源分类常见绿色新能源

太阳能风能生物质能核能化学能源到“十二五”期末，新能源所占比重应该达到12%—13%到2020年，大电网覆盖地区非水电可再生能源发电在电网总发电量中的比例达到3％以上。太阳能是取之不尽、用之不竭的可再生清洁能源，人类通过光热转换技术，光电转换技术和光化转化技术实现了热发电、蓄热、光伏发电和光化学发电等利用形式。目前太阳能的开发还存在转换效率、本钱和使用寿命等系列问题。氢能以质量轻、传热高、清洁和来源广等特点展示着诱人的开发前景。氢能的制备、储存和利用是世界各国的研究热点，氢能的制备和贮存距离大规模利用还有一定距离。核能是清洁能源之一，和平利用核能为全球所关注。核能包括核裂变和核聚变。人类已实现对核裂变的控制和利用，但尚未实现可控的核聚变反响。生物质能是绿色能源，科学家们预计将成为未来可持续新能源系统的重要组成局部。生物质气化技术、生物质液化技术、生物质固化技术和生物质发电技术等的开发和应用是世界各国的研究热点。风能是太阳热辐射引起的大气流动的动能，是可再生的清洁能源，风力发电是风能利用的主要领域；海洋能、地热能和可燃冰都是巨大的能源。积极开发科学研究，提供开发技术，是实现可持续开展的需要。常见新能源太阳能

在人类利用的能源中，太阳能是最重要的。各种草木燃料能、化石燃料能、风能、水能、海洋流能、海洋温差等归根结底也是来源于太阳的辐射能。太阳能是一种巨大且对环境无污染的能源。太阳能中只有大约二十二亿分之一辐射到地球，其中30%被大气层反射掉，23%被大气层吸收掉，但是每秒钟辐射到地面的总能量有8.0×1013kW，相当于目前全世界发电总量的8万倍。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。〔1〕光热转换技术光－热转换技术是将太阳辐射的能量通过各种集热部件转变成热能后被直接利用。我国战国时期就已使用凹面镜聚集太阳能去点火。1837年英国人赫胥黎首次使用太阳灶烧饭，1875年出现了太阳能热水器。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。

光电转换技术是利用光电效应把太阳辐直接转换成电能，使用的是太阳能电池。太阳能电池有单晶硅电池、多晶硅电池、非晶硅电池、硫化镉电池、磷化铟电池、砷化锌电池、砷化镓电池和有机半导体电池等。硅太阳电池已成为人造卫星、宇宙飞船和星际空间站等宇宙飞船器的主要能源之一。1958年美国“先锋〞号人造地球卫星、1971年我国制造的“东方红〞号人造卫星上，都安装了太阳能电池。我国自行研制的高效砷化镓太阳能电池也已经在第二颗“风云〞1号气象卫星上正常使用。太阳能电池还可以用来驱动很多交通工具，如太阳能汽车、太阳能飞机、太阳能船、太阳能自行车等。太阳能电池还可以用来发电。美国、德国已经研制成功地面太阳能电池发电站〔又称光伏发电站〕并投入使用。〔2〕光电转换技术光化学转换是光与物质相互作用引起化学反响的过程。绿色植物的光合作用就是光化学转换的过程。人类可以控制的光化学转换方法是采用光化学电池。光化学电池是利用光照射半导体和电解液界面，在电解液内形成电流，并使水电离直接产生氢和氧的电池，这里所生成的氢和氧的光化学过程实质上是“光－电－化学〞过程，而不是直接的光－化学过程。

〔3〕光化学转换技术太阳灶航天器太阳能热水器太阳能发电装置太阳能汽车太阳能发电站1、氢能的概念氢能是指氢在发生化学变化和电化学学变化过程中产生的能量。2、获得氢的主要方法〔1〕电解法〔2〕热化学法〔3〕光电化学法〔4〕重整法

氢能3、氢能的利用〔1〕直接燃料氢气目前主要用作火箭的高能燃料。此外还可用作飞机、汽车的燃料。〔2〕燃料电池的燃料燃料电池是一种把燃料的化学能直接变成电能的装置。氢燃料电池以氢为燃料，通过氢、氧燃烧反响产生电能。一种10kW～20kW的碱性H2-O2燃料电池已成功用于航天飞机。〔3〕能源转换介质〔能源中间载体〕氢与很多金属或合金的的氧化反响都是可逆的，而且反响过程中伴随着热能、机械能和化学能的转换。〔4〕作为发电燃料通过燃料电池或燃气-蒸汽涡轮发电装置发电。〔5〕作为家用燃料如燃氢的家用热水器、取暖器和炊灶等。

氢动3号4、氢能的开发价值

氢气热值高，燃烧产物是水，完全无污染。而且制氢原料主要也是水，取之不尽，用之不竭。所以氢能是前景广阔的清洁燃料。1、原子核能原子核能是原子核结构发生变化时释放出的能量，习惯上称作核能或原子能。原子核的变化过程有两种：一种是自发的变化过程，叫放射性锐变。地球上由放射性锐变释放的原子核能在地球内部可以转变为地热。另一种是人工制造的变化过程，叫核反响。核反响是原子核与原子核或原子核与根本粒子相互作用时释放的能量的过程。核反响有两种：一是核裂变反响，是氢元素的原子核发生分裂的反响。二是核聚变反响，是氢元素的原子核发生聚合的反响。这两种反响所释放出来的巨大能量在原子弹爆炸和氢弹爆炸中得到了证明。

核能2、原子核能的利用〔1〕原子弹原子弹中的核燃料是高浓缩铀〔浓度达93%〕或钚。将弹壳内铀块〔或钚块〕分成各自低于临界质量的两局部，但总质量超过临界质量。原子弹爆炸时，首先引爆装在铀燃料外部的普通TNT炸药层，其冲击力会把两块铀235压聚在一起，超过临界质量的铀块立即会产生雪崩似的链式反响，即发生核爆炸。〔2〕核电站核电站是利用原子核裂变反响放出的核能来发电的装置。核电站主要由两局部组成。一局部是反响装置及冷却装置，其核心为一个反响堆，是维持和控制核裂变反响的装置，在内部实现核能转换为为热能。释放出的热能由一回路系统冷却剂带出，用以产生蒸汽。整个闭路系统被称为核蒸汽供给系统，也叫核岛，相当于常规火电厂的锅炉系统。另一局部由蒸汽驱动汽轮发电机组进行发电的二回系统，与常规火电厂的汽轮机发电机系统根本相同，也称作常规岛。

原子弹爆炸核能发电原理核能发电示意图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。核电厂每年要用掉80吨的核燃料，只要2支标准货柜就可以运载。如果换成燃煤，需要515万吨，每天要用20吨的大卡车运705车才够。如果使用天然气，需要143万吨，相当于每天烧掉20万桶家用瓦斯。换算起来，刚好接近全台湾692万户的瓦斯用量。核能发电1954年苏联建成了世界上第一座核电站——奥布灵斯克核电站核能发电英国的原子能发电站苏联的核能灯塔2003年建成，地处浙江省海盐县。中国秦山核电站位于广东省深圳市龙岗区大鹏半岛大亚湾核电站4、我国核能开展趋势中国国家开展改革委员会正在制定中国核电开展民用工业规划，准备到2023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2023年时将为3600-4000万千瓦。也就是说，到2023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。

1、生物质能的概念生物质能是指通过植物的光合作用而将太阳辐射能量以一种生物质形式储存在生物质内部的能源，也称为“绿色能源〞。包括地球上所有动物、植物、微生物以及由这些生物产生的排泄物和代谢物所具有的全部能量。

生物质能世界上生物质能种类繁多，包括农作物与农业有机剩余物〔秸秆、果核、玉米芯、蔗渣等〕、木材与森林工业剩余物〔木屑、树枝、树叶、树根等〕、动物排泄物、江河湖泊沉积物与水生植物〔藻类等〕、农副产品加工后的有机废物、油料作物〔棉籽、马籽、油桐等〕、城市生活与工业有些废弃物〔垃圾和食品、屠宰、制酒、造纸工业的排泄物等〕等。

2、生物质能的种类生物质能的转换技术主要有三种：直接燃料、热化学转换和生物化学转换。〔1〕直接燃烧直接燃烧获取热量是最简单的方法，但转换效率很低，且污染环境。我国农村传统的烧柴灶热效率5%～10%。大力推广节柴灶可使热效率提高到20%～30%，省柴30%～50%，是一种技术简单、易推广、效果明显的节能措施。目前研制的生物质压块燃料可以提高热效率并能减少污染。〔2〕热化学转换生物质能的热化学转换是指在一定温度和条件下通过化学方法使生物质气化、炭化、热解和催化液化，生产燃料〔气态、液态)和化学物质的技术。其方法有气化法、热分解法和有机溶剂提取法等。3、生物质能的技术〔3〕生物化学转化生物化学转化技术是通过微生物发酵方法将生物质能转换成液体或气体燃料。它包括生物质-沼气转换技术和生物质-乙醇转化技术。①生物质-沼气转换技术20世纪90年代我国农村广泛推广和使用的“沼气〞，就是通过这种生物转化技术得到的。产生沼气的装置主要是沼气池。沼气可用作优质燃料、动力能源、烘干、养殖等。产生沼气后的渣料还可用来种蘑菇，沼液、沼渣也是很好的有机肥料。沼气的开发，有利于农村燃料、肥料和饲料的解决，也有利于垃圾的无害化处理。更促进了农业生产系统的良性循环和农业生态平衡。②生物质-乙醇转换技术

生物质-乙醇转换技术是将生物原料在密闭容器内经高温干馏分解制造乙醇等干净的液体燃料。生物质-乙醇转换技术所用的原料有糖质、淀粉和纤维素等。巴西采用甘蔗渣为原料，每年可生产乙醇120亿升，占其全国汽车燃料的62%，有800万辆汽车使用掺22%酒精的汽油。我国用甜高粱杆为原料，增殖细胞技术三段锥形流化床转化技术已获成功，年产3000t的工业化装置即将建成。

生物质能转化技术为合理有效利用生物质能开拓了广阔前景，对生物质能的开发利用，是当代人类新能源技术革新的重要任务。4、生物质能的开发价值生物质能号称世界第四大能源。生物质能来源于太阳辐射能，是取之不尽用之不竭的可再生能源，据推算，地球上每年由陆地植物储存的太阳辐射能有1.917×1021J，海洋植物储存的太阳辐射能有9.21×1020J，相当于当今世界一年耗能总量的10倍多。地球上的生物资源极为丰富，全世界陆地和海洋每年可产生1.7×1011t的植物。1kg绿色植物的发热量为1.67×107J，因而生物质能每年产生的热量是极其可观的。生物质能就是人类利用的主要能源，也是许多开展中国家目前最重要的能源。全世界约有25亿人依靠生物质能取暖、烹饪和照明。科学开发利用生物质能既可获得干净无污染的新能源，又能利用城市垃圾和各类有机废物。沼气能的应用沼气能源的应用沼气池沼气发电技术沼气发电1、风能的概念：风能是指空气的动能。2、风能的形成：地球外表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异从而形成风。所以风能是由太阳辐射能转化过来的。3、风能的应用：风力发电：建风力发电站

风帆助航：风帆的使用

风力提水：风车的使用

风力致热：风力机的使用风能4、风能的开发价值：风能是地球上无所不在、永不枯竭的能源。地球上近地层风能总储量约为1.3×1012kW,但目前开发利用的只是极少的一局部。据估计，全世界每年燃烧所获得的能量不及风力1年内提供的能量的1/1000。我国风能储量估计为1.6×109kW，在世界上排位第三，可开发利用的约为1/10。可以有效利用的风速范围为3m/s～20m/s。风能与其他能源相比，具有明显的优势，蕴量大、分布广、可再生、无污染。风能作为新能源有着巨大的开展潜力，特别是对于沿海岛屿、遥远地区、草原牧场以及远离电网的农村、边疆，作为解决生产和生活能源的一种可靠途径，有着十分重要的意义。5、风能的应用风力发电海上风能的应用风能的应用澳大利亚风力发电风能的应用以风能为例，新能源的利用流程化学电源〔电池〕是人们生活中应用广泛的方便储能技术，也是高新技术和现代移动通讯的新型能源。性能优越的金属氢化物-镍电池、锂离子电池和燃料电池是21世纪的绿色能源。化学电源储能的电化学原理、制造技术和开展趋势是新能源开发的重要组成局部。电能储存是当前研究的重点。现有能源网络3.先进储能技术储能，是指能量转化为在自然条件下比较稳定的存在形态的过程：自然储能——光合作用〔太阳能转化为化学能储存〕人为储能——机械储能、化学储能、电磁储能、水能储存等储能技术：在能源开发、转换、运输和利用过程中，能量的供给和需求之间往往存在数量上、形态上和时间上的差异。为了弥补这些差异、有效利用能源，而采取的储存和释放能量的人为过程或技术。储能系统本身并不节约能源，主要在于能够提高能源利用体系的效率，促进新能源如太阳能和风能的开展以及智能电网削峰填谷。储能技术是合理、高效、清洁利用能源的重要手段。储能技术一般要求:

储能密度大

变换损耗小

运行费用低

维护较容易不污染环境应用最广最主要的是电能储存。储能系统评价指标:储能密度

储能功率

储能效率

储能价格环境负荷先进储能技术电的储能技术大致分三类：

直接储存电磁能

把电能转化为化学能储存

把电能转化为机械能储存超导线圈蓄能系统锂电池,钠硫电池,钒液流电池压缩空气,需要时释放储能技术将在能源系统、新能源〔单个或集成〕技术及输送中发挥重要作用。先进储能电池3.4新能源材料节约能源、提高能源利用效率和开发可再生能源正在成为世界能源开展的热点。而在能源科学的研究中，材料研究是根本，它是能源转换和能源储藏的物质根底。新能源的开发一方面靠利用新的原理来开展新的能源系统，另一方面靠材料的开发与应用，使新系统得以实现，并提高效率，降低本钱。能源材料是材料学科的一个重要研究方向，核心就是通过各种物理和化学的方法来发现新材料、改变传统材料的特性或行为适应新能源的应用领域。1.能源材料的概念及分类广义上，凡能源工业及能源利用技术所需的材料都可称为能源材料。有的学者分为：新能源技术材料－如增殖堆用核材料、太阳能电池材料节能材料－如非晶态金属磁性，超导材料。储能材料－如贮氢〔吸氢〕材料，高比能电池材料。新能源材料：指实现新能源的转化利用及开展新能源技术中所用的关键材料，是开展新能源技术的核心和其应用的根底。从材料学的本质和能源开展的观点看，高效储存和有效利用现有能源的新型材料也可归属为新能源材料。新能源材料是能源转化、储存与应用过程中的关键材料，主要包括太阳能电池材料、燃料电池材料、镍氢电池材料、核能材料、锂离子电池材料及开展生物质能所需的关键材料等。2.新能源材料的应用与开展〔1〕新材料把原来习用已久的能源变为新能源。如：半导体材料把太阳能有效地直接转变为电能；燃料电池能使氢与氧反响而直接产生电能，代替过去利用氢气燃料获得高温。〔2〕新电极材料可提高储能和能量转化效率如：镍氢电池、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开展起来的新型二次电池。〔3〕新材料决定着核反响堆的性能与平安性。新反响堆需要新型的耐腐蚀、耐辐射材料，这些新材料的组成与可靠性对核能的平安运行和环境负荷起决定作用。〔4〕材料的组成、结构、制作、加工工艺决定着新能源平安环保与运行本钱。如：太阳电池材料决定着光电转换效率；燃料电池及储能电池的电极材料及电解质的质量决定着电池的性能和寿命；材料的制备工艺及设备又决定着能源的本钱。新能源材料是开展新能源产业的根底和先导,研究和开发具有高平安性、本钱低廉、环保无毒、性能良好的新材料及其合成体系，对新能源大规模应用具有关键作用和重要的实际意义。3.5新能源器件化学电源最为显著的特点电化学系统可逆过程化学能转换成电能化学电源存储电能的效率通常比燃料燃烧系统高很多物理电源的种类相对较少即为满足新能源的高效转换和储存而设计的清洁装置，本课程重点涉及绿色电源器件。物理电源是指把物理过程的能量转换成电能的装置最为典型的物理电源是太阳电池物理电源按照新能源利用角度分类新能源器件呈现“诸子百家〞多样化开展3.6新能源材料与器件的开展1.新能源成为新兴产业战略重点2023年9月，在联合国气候变化峰会上，胡锦涛主席发表了题为《携手应对气候变化挑战》的讲话，提出大力开展可再生能源和核能，争取到2023年非化石能源占一次能源消费比重达15%左右；2023年11月，温家宝总理在北京人民大会堂发表《让科技引领中国可持续开展》的讲话中指出，大力开展新能源，提高能源利用效率和优化能源消费结构。在2023年9月发布的《国务院关于加快培育和开展战略性新兴产业的决定》中将新能源列为七大战略新兴产业之一。〔节能环保、新兴信息产业、生物产业、新能源、新能源汽车、高端装备制造业和新材料〕2.“一代材料，一代技术，一代装备〞新能源材料技术的研发与推广将引领和支撑新能源和新能源汽车等国家战略性新兴产业的培育与开展。据预测，到2023年，我国将形成产值超过数万亿元的新能源产业。仅电动汽车年销售量可达500万辆以上，需储电系统7500万kW以上，加上太阳能、风能等新能源储电及电力调峰储电系统，所需储电系统总量将达1.2亿kW以上，到时我国将形成产值分别为2400亿元和1200亿元的储电器件与储电材料产业。3.新能源材料与器件在实现能源转化、储存和利用以及开展新能源技术起到了关键作用，其研究风生水起，以硅半导体材料为代表的太阳电池、以储氢合金为代表的镍氢电池、以电极材料为代表的锂离子电池、燃料电池、受控热核反响堆材料以及其他储能电池材料等，尤以发电