能源材料第一讲.ppt

1、新能源材料胡友根南昌大学材料学院,第一讲 新能源材料,新能源和再生清洁能源技术是21世纪世界经济发展中最具有决定性影响的五个技术领域之一，新能源包括太阳能、生物质能、核能、风能、地热、海洋能等一次能源以及二次电源中的氢能等。,21世纪世界经济发展中最具有决定性影响的五个技术领域： 信息技术、 生物技术、 新材料技术、 新能源技术、 空间技术。,什么是新能源？,新能源-目前尚未得到广泛使用，技术上不太成熟或正在开发研究的能源。,可再生能源-人们在自然界中能有规律地得到补充和不断再生的能源。 新能源中大多属于可再生能源。,新能源主要有：,太阳能-即太阳辐射能，可用来取暖，供应热水，发电等。在国外已

2、研制成太阳能发电站直接向家庭供电。 风能-由风车带动小型发电机发电，现正研制大型风机。 垃圾能-垃圾和废物通过处理能变成气体和油，或通过燃烧产生热用来发电。,新能源对环保影响小，值得研究开发、推广。,生物质能-指生物质内包含的能量，又叫“绿色能源”。 潮汐能-利用潮水涨落来发电。 海洋热能-利用海水温差来发电，海洋表面和深处海水温度可相差25。这种电厂可建在海上船坞上，也可建在海滨附近，可供工业用电。 波浪能-利用波浪力取得的能量来发电。 核聚变能-处于探索阶段。,新能源材料则是指实现新能源的转化和利用以及发展新能源技术中所要用到的关键材料。,主要包括储氢电极合金材料为代表的镍氢电池材料、嵌锂

3、碳负极和LiCoO2正极为代表的锂离子电池材料、燃料电池材料、Si半导体材料为代表的太阳能电池材料以及铀、氘、氚为代表的反应堆核能材料等。当前的研究热点和技术前沿包括高能储氢材料、聚合物电池材料、中温固体氧化物燃料电池电解质材料、多晶薄膜太阳能电池材料等。,新能源按照各种能源在当代人类社会经济生活中的地位，人们把能源分为常规能源和新能源两大类。,常规能源为技术上比较成熟，已被人类广泛利用，在生产和生活中起着重要作用的能源。例如煤炭、石油、天然气、水能和核裂变能等。,新能源为目前尚未被人类大规模利用，还有待进一步研究试验与开发利用的能源。例如太阳能、风能、地热能、海洋能及核聚变能等。,所谓新能源

4、，是相对而言的。现在的常规能源在过去也曾是新能源，今天的新能源将来也会成为常规能源。,二、新能源材料的发展,20世纪80年代以来，能源和环境已成为人类社会发展的两大瓶颈。我国经济快速增长和社会的可持续发展，也急切需要发展新型能源及能源材料。,近几年来中国电池新材料市场规模迅速增长，技术和生产工艺不断进步。从市场结构看，中国电池新材料市场主要以锂电池材料和太阳能电池材料为主。由于国内燃料电池离大规模应用尚有一段时日，且国内厂商在技术和生产工艺上与国际水平存在差距，目前国内燃料电池材料大部分依赖进口。,电池新材料是发展能源技术、提高能源生产和利用效率的主力军，随着中国快速发展的经济对电池新材料需求

5、的增加，中国政府将继续在政策、资金等方面支持电池新材料的研究与发展。,与此同时，日益完善的生产技术和价格优势将增强我国电池新材料厂商的竞争力，而且电池下游手机、笔记本电脑、数码相机、摄像机、汽车等产品对新型、高效、环保电池新材料仍然保持强劲的需求，中国电池新材料市场发展空间较大。,研究发现: 1.电池新材料是发展能源技术、提高能源生产和利用效率的主力军； 2.锂电池产业链相对完整，材料配套方面占有一定优势；太阳能电池市场发展迅速，硅材料需求持续增加；国产化比率不断上升，燃料电池材料成本逐步下降； 3.材料价格优势逐步体现，国际市场空间日益拓宽； 4.锂电池正极、负极材料、电解液市场已相对成熟，

6、而锂电池隔离膜的国产化过程蕴含着较大的市场机会；,5.燃料电池新材料应积极研发，瞄准未来电动汽车对燃料电池的巨大需求，努力实现催化剂、导电膜和双极板等材料国产化的大规模应用； 6.电池新材料市场既受上游原材料价格的波动和供应的变动，又受下游电池市场的需求影响，进而影响到材料产量和价格，电池新材料厂商应加强上下游产业链的整合力度，形成材料、电池生产、应用上下游的结合，提高效率、降低成本、分散风险。,图1 中国电池新材料市场规模,图2 材料市场结构,三、新能源材料研究与国民经济的可持续发展,能源作为世界经济的命脉，社会发展的动力，受到了各国的高度重视。然而，占世界能源供给90%的化石燃料其储量在日

7、益枯竭。同时，随着经济的发展，能源的生产、转换和使用带来了严重的环境污染、生态系统破坏和气候改变等问题，对人类自身的生存与发展构成了严重的威胁。,能源的生产和利用与可持续发展的关系体现在以下两方面：一是提供足够的能源服务满足人类基本需求、提高社会进步水平和经济发展；另一是能源的产生和使用不应当损害当代以及未来人类的生活质量，不应超过生态系统的容量。,中国能源领域面临着严峻的挑战，主要是能源安全、能源环境、温室气体排放和农村能源升级和换代四大问题。我国是一个人口众多、经济快速增长的发展中国家，能源量的发展与质的改善是经济发展和人民生活改善的基本保证。相对于一些发达国家，我国在走向可持续发展的过程

8、中，能源面临着许多问题和挑战。,问题1能源需求持续增长对能源供给形成很大压力。我国正处于工业化、城镇化进程加快的时期，能源消费强度较高。随着经济规模进一步扩大，能源需求还会持续较快地增加，对能源供给形成很大压力，供求矛盾将长期存在，石油天然气对外依存度将进一步提高。,问题2资源相对短缺制约了能源产业发展。我国能源资源总量不小，但人均拥有量较低。资源勘探相对滞后，影响了能源生产能力的提高。同时，我国能源资源分布很不平衡，大规模、长距离地运输煤炭，导致运力紧张、成本提高，影响了能源工业协调发展。,问题3以煤为主的能源结构不利于环境保护。煤炭是我国的基础能源，富煤、少气、贫油的能源结构较难改变。我国

9、煤炭清洁利用水平低，煤炭燃烧产生的污染多。这种状况持续下去，将会给生态环境带来更大压力。,问题4能源技术相对落后影响了能源供给能力的提高。我国能源技术虽然已经取得较大进步，但与发展的要求相比还有较大差距。可再生能源、清洁能源、替代能源等技术的开发相对滞后，节能降耗、污染治理等技术的应用还不广泛，一些重大能源技术装备自主设计制造水平还不高。,问题5国际能源市场变化对我国能源供应的影响较大。我国石油天然气资源相对不足，需要在立足国内生产保障供给的同时，扩大国际能源合作。但目前全球能源供需平衡关系脆弱，石油市场波动频繁，国际油价高位振荡，各种非经济因素也影响着能源国际合作。这要求我们统筹国内开发和对

10、外合作，提高能源安全保障程度。,人类的生活水平不断提高，能耗也不断提高， 世界如此， 亚洲如此， 中国更是如此！ 能源和我们的生活越来越密切！ 能源消费越来越多！ 能源价格越来越高了！ 人们没有理由不关注！,世界能源消耗量,亚洲能源消耗量,目前， 人类的能源结构仍以传统的为主。 石油 天然气 煤炭 水电等。 具体结构如下图：,世界能源结构,Source: US DOE 2001,传统的能源绝大部分的资源是有限的！ 石油：中国15年，全球40年； 煤炭：100来年； 能源问题怎么办？出路在那里？ 太阳能是无限的! 无辐射，无污染的能源！,中国和世界能源储量比较,世界未来能源结构预测,Source: German Advisory Council on Global Change,地球上的太阳光能源,太阳辐照到地