第二讲新能源材料2
新材料产业——新能源材料
新材料产业——新能源材料发展领域新材料是指那些新出现的或正在发展中的、具有传统材料所不具备的优异性能和特殊功能的材料；或采用新技术(工艺,装备)，使传统材料性能有明显提高或产生新功能的材料；一般认为满足高技术产业发展需要的一些关键材料也属于新材料的范畴。
新材料作为高新技术的基础和先导，应用范围极其广泛，它同信息技术、生物技术一起成为21世纪最重要和最具发展潜力的领域。
随着我国能源消耗大幅度增长，煤炭、石油、天然气等传统能源已难于满足长期发展的需求，并会在消耗过程中对环境造成巨大破坏，要解决上述问题必须提高燃烧效率，实现清洁煤燃烧，开发新能源，节能降耗。
这3个方面都与材料有着极为密切的关系。
新能源材料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，它是发展新能源的核心和基础。
主要包括储氢合金材料为代表的镍氢电池材料、嵌锂碳负极和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和发展风能、生物质能以及核能所需的关键材料等。
前景展望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。
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，主要应用于照明、供电、供热等领域。
主要包括以镍氢电池材料、锂离子电池材料为代表的绿色电池材料；燃料电池材料；太阳能电池材料以及铀、氘、氚为代表的反应堆核能材料等。
当前绿色电池材料研究的热点和前沿技术包括高能储氢材料、聚合物电池材料、磷酸铁锂正极材料等。
在燃料电池材料领域当前研究的热点和前沿技术包括中温固体氧化物燃料电池，电解质材料等。
在太阳能电池材料领域当前研究的热点和前沿技术包括晶体硅太阳能电池材料、非晶硅薄膜电池材料、化合物薄膜电池材料和染料敏化电池材料等。
对我国来说，首先要考虑的是提高能源生产效率、减少污染，其中当务之急是逐步实现洁净煤燃烧。
新能源材料简介PPT课件
人造卫星上的太阳能电池
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• 西班牙塞维利亚太阳能发 电站—欧洲最大的太阳能 电站，可供18万户使用， 每年减排60万吨CO2
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•槽式太阳能
•蝶式太阳能
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• 通过光电转化将太阳辐射能转化为电能加以利用是 太阳能利用中最活跃的研究领域。
• 目前，世界能源消耗还是以煤、石油、天然气之类 的矿物能源为主，不但严重破坏生态环境，而且矿 物能源不可再生，能源枯竭已成为共识。
煤炭开采
海上石油开采平台
严重的生态破坏
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• 生态环境严重破坏：
➢ 1952年12月，伦敦烟雾； ➢ 酸雨； ➢ 河流干涸；
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• 巨大的能源危机：
➢ 已开采800亿吨石油，按现在的开采速度， 地球上已探明 的1770亿吨石油储量仅够开采50年;
• 我国作为发展中大国，能源消耗巨大，能源利用率 不高，能源结构也不合理。
➢ 2009年，中国风力发电量达到了25.8亿瓦，超过了德国 的25.77亿瓦，仅次于美国35亿瓦；
➢ 2020年，中国将投入足以实现年发电量150亿瓦的风力 涡轮机，成为世界最大的风能生产国。
➢ 尽管在新能源领域有了大规模的增长，但风力发电量只 占据中国电力消耗总量的1% 。
• 主题馆屋面太阳能板面积达3万多平方米，是目前世 界最大的单体面积太阳能屋面，年发电量280万度， 每年减排二氧化碳2800吨，节约标准煤1000多吨。
世博中国馆
世博主题馆
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• 2011年5月，世界首架无污染太阳能飞机进行跨国 飞行(从瑞士飞抵布鲁塞尔需13小时)，飞行高度可 达8700米，平均飞行速度为70-120公里/小时。
新能源材料课程内容
新能源材料课程内容新能源材料课程是一门涉及能源领域的重要学科，它研究的是新型能源材料的制备、性能和应用。
新能源材料是指那些能够高效转化和储存能源的材料，如太阳能电池、燃料电池、储能材料等。
本文将从材料的种类、制备方法、性能表征以及应用领域等方面介绍新能源材料课程的内容。
一、新能源材料的种类新能源材料的种类繁多，主要包括太阳能材料、燃料电池材料、储能材料和新型传感器材料等。
太阳能材料主要用于太阳能电池的制备，如硅材料、钙钛矿材料等；燃料电池材料用于燃料电池的阴、阳极催化剂的制备，如贵金属催化剂、过渡金属氧化物等；储能材料用于电池、超级电容器等能量存储器件，如锂离子电池正负极材料、超级电容器电极材料等；新型传感器材料用于环境监测、生物传感等领域，如气敏材料、生物传感器材料等。
二、新能源材料的制备方法新能源材料的制备方法多种多样，常见的有溶液法、气相法、固相法和纳米材料制备法等。
溶液法是指通过在溶液中溶解相应的前驱体，再通过溶剂挥发或溶液蒸发的方式制备材料；气相法是指通过气相反应在气氛中制备材料，如化学气相沉积法、物理气相沉积法等；固相法是指通过固体相互反应制备材料，如固相烧结法、固相反应法等；纳米材料制备法是指通过控制材料的尺寸和形貌来制备纳米级材料，如溶胶-凝胶法、热分解法等。
三、新能源材料的性能表征新能源材料的性能表征是评价材料性能的重要手段，常见的表征方法包括结构表征、电化学性能表征和光学性能表征等。
结构表征主要通过X射线衍射、扫描电子显微镜等手段来分析材料的晶体结构、形貌和尺寸等；电化学性能表征主要通过电化学工作站来测试材料在电化学反应中的电流-电压曲线、电化学阻抗谱等来评价材料的电化学性能；光学性能表征主要通过紫外可见光谱、荧光光谱等手段来研究材料的光吸收、发射和传输等性能。
四、新能源材料的应用领域新能源材料的应用领域广泛，涵盖了能源领域的各个方面。
太阳能材料主要应用于太阳能电池领域，用于太阳能光伏发电；燃料电池材料主要应用于燃料电池领域，用于替代传统燃料发电；储能材料主要应用于电池、超级电容器等储能器件，用于能量存储和释放；新型传感器材料主要应用于环境监测、生物传感等领域，用于检测和传感特定的物质和信息。
新能源材料2
如：镍电池、锂离子电池等都是靠电极材料的储能效果和能量 转化功能而发展起来的新型二次电池。
新材料决定着核反应堆的性能与安全性。 材料的组成、结构、制作、加工工艺决定 着投资与运行成本。
如：太阳电池材料决定着光电转换效率；
燃料电池的电极材料决定着电池的质量和 寿命； 材料的制备工艺又决定着能源的成本。
新能源的开发一方面靠利用新的原理来发展新的 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，降低成本。
(7) 新材料的几个作用：
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 使氢与氧反应而直接产生电能，代替过去利用氢气燃料获得 高温。
潜艇采用燃料电池AIP（Air Independent Propulsion） 系统后，其红外特征很小，向海水辐射的能量很少；基本 不向艇外排放废物；能够进行超安静运行，这些特性使得 潜艇的隐蔽性大大提高，具有极强的“隐形”作战能力。
AIP重量轻、体积小、功率密度高的优点可扩大仓容， 增强潜艇的灵活性和战斗力。它的低噪声、无污染的优点 能改善艇员生活条件。AIP系统对提高潜艇的隐蔽性和作 战灵活性具有重要的军事意义。
3）结构
圆柱形Ni／MH电池的结构示意
图8 Ni／MH电池典型的温度曲线
4） 发展优势
(a) 能量密度高； (b) 无镉污染，是绿色电池； (c) 可以大电流快速充放电； (d) Ni／MH电池的工作电压也是1.2V，与Ni／Cd电池具 有互换性等独特优势。 在小型便携式电子器件中获得了广泛应用，在电动工具、 电动车也正在逐步得到应用。
由金属锂到锂合金、碳材料、氧化物、纳米合金的 演变过程，见表7-2。
新能源2
For personal use only in study and research; not for commercial use新能源太阳能太阳能一般指太阳光的辐射能量。
太阳能的利用有被动式利用（光热转换）和光电转换两种方式。
太阳能发电一种新兴的可再生能源利用方式。
广义上的太阳能是地球上许多能量的来源，如风能，化学能，水的势能等等。
利用太阳能的方法主要有：使用太阳电池，通过光电转换把太阳光中包含的能量转化为电能·使用太阳热水器，利用太阳光的热量加热水·利用太阳光的热量加热水，并利用热水发电·利用太阳能进行海水淡化现在，太阳能的利用还不很普及，利用太阳能发电还存在成本高、转换效率低的问题，但是太阳电池在为人造卫星提供能源方面得到了应用。
目前，全球最大的屋顶太阳能面板系统位于德国南部比兹塔特，面积为四万平方米，每年的发电量为450万千瓦。
日本为了达成京都议定书的二氧化碳减量要求，全日本都普设太阳能光电板，位于日本中部的长野县饭田市，居民在屋顶设置太阳能光电板的比率甚至达2%，堪称日本第一。
太阳能可分为2种:1.太阳能光伏光伏板组件是一种暴露在阳光下便会产生直流电的发电装置，由几乎全部以半导体物料(例如硅)制成的薄身固体光伏电池组成。
由于没有活动的部分，故可以长时间操作而不会导致任何损耗。
简单的光伏电池可为手表及计算机提供能源，较复杂的光伏系统可为房屋照明，并为电网供电。
光伏板组件可以制成不同形状，而组件又可连接，以产生更多电力。
近年，天台及建筑物表面均会使用光伏板组件，甚至被用作窗户、天窗或遮蔽装置的一部分，这些光伏设施通常被称为附设于建筑物的光伏系统。
2.太阳热能现代的太阳热能科技将阳光聚合，并运用其能量产生热水、蒸汽和电力。
除了运用适当的科技来收集太阳能外，建筑物亦可利用太阳的光和热能，方法是在设计时加入合适的装备，例如巨型的向南窗户或使用能吸收及慢慢释放太阳热力的建筑材料。
新能源材料(概念实例分析材料)
新能源材料Chapter 1 绪论一、能源分类能源能够分为一次能源和二次能源。
一次能源是指直接取自自然界没有通过加工转换的各类能量和资源，它包括：原煤、原油、天然气、油页岩、核能、太阳能、水力、风力、波浪能、潮汐能、地热、生物质能和海洋温差能等等。
由一次能源通过加工转换以后取得的能源产品，称为二次能源，例如：电力、蒸汽、煤气、汽油、柴油、重油、液化石油气、酒精、沼气、氢气和焦炭等等。
一次能源能够进一步分为再生能源和非再生能源两大类。
再生能源包括太阳能、水力、风力、生物质能、波浪能、潮汐能、海洋温差能等等。
它们在自然界能够循环再生。
而非再生能源包括：的煤、原油、天然气、油页岩、核能等，它们是不能再生的，用掉一点，便少一点。
表1 能源的分类二、新能源概念新能源是相关于常规能源而言，以采纳新技术和新材料而取得的，在新技术基础上系统地开发利用的能源，如太阳能、风能、海洋能、地热能等。
与常规能源相较，新能源生产规模较小，利用范围较窄。
常规能源与新能源的划分是相对的。
如核能曾被以为是新能源，此刻已被以为是常规能源；太阳能和风能被利用的历史比核能要早许多世纪，由于还需要通过系统研究和开发才能提高利用效率、扩大利用范围，因此此刻把它们列入新能源。
目前各国对这种能源的称呼有所不同，可是一起的熟悉是，除常规的化石能源和核能之外，其他能源都可称为新能源或可再生能源，要紧为太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能、氢能和水能。
三、新能源材料基础能源材料是材料学科的一个重要研究方向，有的学者将能源材料划分为新能源技术材料、能量转换与储能材料和节能材料等。
综合国内外的一些观点，咱们以为新能源材料是指实现新能源的转化和利用和进展新能源技术中所要用到的关键材料，是进展新能源技术的核心和其应用的基础。
从材料学的本质和能源进展的观点看，能贮存和有效利用现有传统能源的新型材料也能够归属为新能源材料。
新能源材料覆盖了镍氢电池材料、锂离子电池材料、燃料电池材料、太阳能电池材料、反映堆核能材料、进展生物质能所需的重点材料、新型相谈储能和节能材料等。
四新知识讲座-雷涛
第二节 交联电缆接头故障原因分析
1、工艺不佳
⑴连接金属接触面处理不佳。无论是连接端子或连接管，由于生产或保管的条件影响，管体内壁 常有杂质、毛刺和氧化层存在，这是不为人们重视的缺陷。造成连接发热的主要原因，除机具、 材料性能因素外，关键是工艺技术和责任心。施工人员不了解连接机理，没有严格按工艺要求操 作，就会造成连接处达不到电气和器械强度。运行证明当压接金具与导线的接触表面愈清洁，在 接头温度升高时，所产生的氧化膜就愈薄，接触电阻就愈小。 ⑵导体损伤。交联绝缘层强度较大剥切困难，环切时施工人员用电工刀左划右切，有时干脆用钢 锯环切深痕，往往掌握不好而使导线损伤。剥切完毕虽然不很严重，但在线芯弯曲和压接蠕动时， 会造成受损伤处导体损伤加剧或断裂，压接完毕不易发现，因截面减小而引起发热严重。 ⑶导体连接时线芯不到位。导体连接时绝缘剥切长度要求压接金具孔深加5mm，但因产品孔深不 标准，易造成剥切长度不够，或因压接时串位使导线端部形成空隙，仅靠金具壁厚导通，致使接 触电阻增大，发热量增加。 ⑷做接头时剥切的尺寸错误，两侧的应力管无法通过外半导管搭接。引起电场不均匀，从而导致 接头内部发热。 ⑸应力管没按说明书的要求搭在铜屏蔽和外半导屏蔽层断口上，从而达不到疏散电应力的效果， 导致在铜屏蔽和外半导屏蔽层断口上的电应力过于集中，引起发热。 ⑹内半导屏蔽层没有连接上，不仅会影响到电场不均匀，还由于导体与绝缘层直接接触，在运行 中受热胀冷缩的影响，出现界面放电现象，也会引起发热。
第二节交联电缆接头故障原因分析 2、压力不够
现今有关资料在制作接头工艺及标准中只提到电缆连接时每端的坑压 数量，而没有详述压接面积和压接深度。施工人员按要求压够压坑数 量，效果如何无法确定。无论是哪种形式的压力压接，接头电阻主要 是接触电阻，而接触电阻的大小与接触力的大小和实际接触面积的多 少无关，与使用压接工具的出力吨位有关。造成导体连接压力不够的 主要原因有以下3点。 ⑴压接机具压力不足。 ⑵连接金具空隙大。现在交联电缆接头多数单位使用的连接金具，还是油纸电 缆按扇型导线生产的端子和压接管。从理论上讲圆型和扇型线芯的有效截面是 一样的，但从运行实际比较，二者的压接效果相差甚大。由于交联电缆导体是 紧绞的圆型线芯，与常用的金具内径有较大的空隙压接后达不到足够的缩力。 接触电阻与施加压力成反比，因此将导致增大。 ⑶假冒伪劣产品质量差。
《能源材料第二讲》PPT课件
从能量转换的观点可将电化学过程分 为两大类:
1）利用化学反应，Gibbs函数降低 （ΔGm<0），产生电流，将化学能转 变为电能，这就是原电池；
2）用电流做功来推动化学反应，使 Gibbs函数升高（ΔGm>0），将电能 转换成化学能的过程。这就是电解池。
1.氧化反应和还原反应 化学反应一般都是氧化还原反应。以
1889年能斯特（Nernst）建立电极电位 的理论，提出表示电极电位与电极反 应各组分浓度间关系的能斯特公式
表达电极平衡电势E 与温度T和参与电极 反应物质活度ai关系 的公式。
能斯特 Nernst （1864-1941年)
19世纪70年代，Helmholtz首次提 出了双电层的概念
由Helmholtz最早提出的一种双电层结构。 他认为双电层的结构与平行板电容器相似， 双电层的里层在固体表面上，相反符号的外 层则与固体表面平行地分布在液体中，两层 之间的距离很小，约在离子大小的量级。在 此双电层中电势由里层向外层呈直线下降。 亥姆霍兹双电层模型对早期的电动现象研究 起过促进作用，但它不能代表双电层的实际 情形。
标准电极电位按次序排列，叫电化学 序。
装置原电池并计算电池的电动势
判断氧化剂、还原剂的相对强弱。电 极电位越正，表示该组分愈容易得到 电子，是较强的氧化剂；电极电位越 负，表示该组分愈容易失去电子，是 较强还原剂。
在实际测定中，由于标准氢电极的使 用条件十分严格，操作较困难，往往 使用某些具有稳定电极电势的参考电 极。
电解质溶液
电解质不一定能导电，而只有在溶于水或熔融状 态是电离出自由移动的离子后才能导电 。
能导电的不一定是电解质，判断某化合物是否是 电解质，不能只凭它在水溶液中导电与否，还需要 进一步考察其晶体结构和化学键的性质等因素。