能源材料01-概述讲解
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新能源材料简介PPT课件
➢ 分布广泛，不需要开采和运输； ➢ 不存在枯竭问题，可以长期利用； ➢ 安全卫生，对环境无污染等。
人造卫星上的太阳能电池
14
• 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
15
•槽式太阳能
•蝶式太阳能
16
• 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
4
• 生态环境严重破坏：
➢ 1952年12月，伦敦烟雾； ➢ 酸雨； ➢ 河流干涸；
5
6
• 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
21
• 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。
人造卫星上的太阳能电池
14
• 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
15
•槽式太阳能
•蝶式太阳能
16
• 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
4
• 生态环境严重破坏：
➢ 1952年12月，伦敦烟雾； ➢ 酸雨； ➢ 河流干涸；
5
6
• 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
21
• 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。
新能源材料与技术-第2章 锂离子电池材料-1
嵌入和脱出来进行充放电；
离子电池的组成
14
01锂离子电池概述
八、锂离子电池的组成
锂离子电池的结构一般包括以下部件:正极、负极、电解质、隔膜、正极引线、负极引线、中心端子、 绝缘材料、安全阀、PTC (正温度控制端子)、电池壳。 以圆柱形锂离子电池为例，其结构如图2-2 (a)所示，扣式电池的结构与圆柱形电池的结构相似。方形 锂离子电池的结构如图2-2 (b)所示。聚合物锂离子电池的结构如图2-2 (c)所示。
以LiCoO2为例：
充电 放电
充电 放电
充电 放电
12
01锂离子电池概述
七、锂离子电池与锂原电池（锂电池）的主要区别
1. 锂电池是一次电池，不可充电；锂离子电池是二次电池，可充电； 2. 在负极材料的选择上，锂电池（锂原电池或者锂金属电池）使用锂金属或者锂合金为负极，
而锂离子电池主要选择的是石墨类材料。 3. 原理不同：锂电池是锂做负极发生的氧化还原反应；锂离子电池是通过锂离子在石墨负极上
能刺透在正负极之间起电子绝缘作用的隔膜，最终触到正极，造成电池内部短路，引起安全问题。 4. 1980年，M. Armand 提出了“摇椅式”二次锂电池的设想，即正负极材料采用可以储存和交换锂离子的
层状化合物，充放电过程中锂离子在正负极之间穿梭，从一边“摇”到另一边，往复循环，相当于锂的 浓差电池。 5. 在20世纪80年代初期，Goodenough 合成了 LiMO2 (M=Co、Ni、Mn) 化合物，这些材料均为层状化 合物，能够可逆地嵌入和脱出锂，后来逐渐发展成为二次电池的正极材料。这类材料的发现改变了二 次锂电池锂源为负极的传统思想。
锂离子电池的工作原理就是指其充放电原理。当对 电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生 成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的 碳呈层状结构，它有很多微孔，到达负极的锂离子 就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电 容量越高。放电时，锂离子从负极脱嵌进入正极。
离子电池的组成
14
01锂离子电池概述
八、锂离子电池的组成
锂离子电池的结构一般包括以下部件:正极、负极、电解质、隔膜、正极引线、负极引线、中心端子、 绝缘材料、安全阀、PTC (正温度控制端子)、电池壳。 以圆柱形锂离子电池为例，其结构如图2-2 (a)所示，扣式电池的结构与圆柱形电池的结构相似。方形 锂离子电池的结构如图2-2 (b)所示。聚合物锂离子电池的结构如图2-2 (c)所示。
以LiCoO2为例：
充电 放电
充电 放电
充电 放电
12
01锂离子电池概述
七、锂离子电池与锂原电池（锂电池）的主要区别
1. 锂电池是一次电池，不可充电；锂离子电池是二次电池，可充电； 2. 在负极材料的选择上，锂电池（锂原电池或者锂金属电池）使用锂金属或者锂合金为负极，
而锂离子电池主要选择的是石墨类材料。 3. 原理不同：锂电池是锂做负极发生的氧化还原反应；锂离子电池是通过锂离子在石墨负极上
能刺透在正负极之间起电子绝缘作用的隔膜，最终触到正极，造成电池内部短路，引起安全问题。 4. 1980年，M. Armand 提出了“摇椅式”二次锂电池的设想，即正负极材料采用可以储存和交换锂离子的
层状化合物，充放电过程中锂离子在正负极之间穿梭，从一边“摇”到另一边，往复循环，相当于锂的 浓差电池。 5. 在20世纪80年代初期，Goodenough 合成了 LiMO2 (M=Co、Ni、Mn) 化合物，这些材料均为层状化 合物，能够可逆地嵌入和脱出锂，后来逐渐发展成为二次电池的正极材料。这类材料的发现改变了二 次锂电池锂源为负极的传统思想。
锂离子电池的工作原理就是指其充放电原理。当对 电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生 成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的 碳呈层状结构，它有很多微孔，到达负极的锂离子 就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电 容量越高。放电时，锂离子从负极脱嵌进入正极。
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。
镍钴铝酸锂的原料-概述说明以及解释
镍钴铝酸锂的原料-概述说明以及解释1.引言1.1 概述镍钴铝酸锂作为一种重要的电池材料，具有广泛的应用前景。
它是一种由镍、钴、铝和锂元素组成的复合物，具有高能量密度、优良的循环性能和较长的使用寿命等优点。
由于其出色的电化学性能和较低的成本，镍钴铝酸锂正被广泛用于新能源领域，尤其是电动车、储能电池和移动设备等领域。
镍钴铝酸锂的制备方法多种多样，常见的方法包括固相法、溶液法和水热法等。
通过精确调控反应条件和原料比例，可以获得不同比例的镍钴铝酸锂，以满足不同领域的需求。
在实际应用中，镍钴铝酸锂具有广泛的应用领域。
首先，它在电动汽车领域扮演着重要角色，可用于制造高性能的动力电池组件，提供更长的续航里程和更快的充电速度。
此外，镍钴铝酸锂还可用于储能电池，提供稳定、高效、长久的能源储备，以支持电网平衡和应急备用。
此外，它还可以应用于移动设备、智能穿戴设备和其他便携式电子产品，提供更持久的电池寿命和更高的性能。
综上所述，镍钴铝酸锂作为一种具有重要应用价值的材料，在新能源领域具有广阔的前景。
随着科学技术的不断发展和创新，对镍钴铝酸锂制备方法的改进和性能优化将进一步推动其应用的广泛发展。
相信在未来的发展中，镍钴铝酸锂将会发挥更大的作用，并为人们的生活带来更多便利。
1.2文章结构文章结构部分可以包括以下内容：文章结构部分是为了介绍本文的组织结构和主要内容安排。
本文的结构包括引言、正文和结论三个部分。
引言部分主要包括概述、文章结构和目的三个方面。
首先，概述部分对镍钴铝酸锂的原料进行简要介绍，引起读者的兴趣。
然后，文章结构部分将说明本文的整体组织结构，所列目录可以方便读者对文章结构的整体把握。
最后，目的部分说明了本文针对镍钴铝酸锂的原料所要达到的目标。
正文部分是本文的核心部分，将详细介绍镍钴铝酸锂的定义和特性、制备方法以及应用领域。
其中，2.1 部分将详细介绍镍钴铝酸锂的定义和特性，包括化学结构、物理性质、化学性质等方面的内容。
新能源材料与器件课件 绪论-能量概述
3.1 能源 3.2 能源发展史 3.3 常规能源 3.4 新能源 3.5 新能源材料与器件的发展
绪论
二 课程背景
Background
• 新能源技术是21实际世界经济发展中最具决定性影 响的五个技术领域之一（信息、生物、新材料、新 能源、空间技术），而新能源材料与器件是发展新 能源技术和实现新能源利用的关键。
28
三 能源概述
3.3 常规能源
（2）石油 • 目前世界上已找到近3万个油田和7500个气田，这些油气田遍
布于地壳上六大稳定板块及其周围的大陆架地区。在156个较 大的盆地内几乎均有油气田发现，但分布极不平衡。
世界石油储量分布图
29
三 能源概述
3.3 常规能源
（2）石油 • 在现代国防方面，新型武器、超音速飞机、导弹和火箭所用
33
三 能源概述
3.3 常规能源
（4）水能
• 水能是自然界广泛存在的一次 能源。它可以通过水力发电站 方便地转换为优质的二次能 源—电能。所以通常所说的 “水电”既是被广泛利用的常规 能源，又是可再生能源。而且 水力发电对环境无污染，因此 水能是世界上众多能源中永不 枯竭的优质能源。
新能源材料 能源危机 材料发展 环境污染 资源短缺
4
二 课程背景
Background
新能源技术 促进可持续发展 推动低碳经济
• 英国政府发表的《能源白皮书》中，首次提出了“低碳经 济的概念”，低碳经济概念的提出，引起国际社会的关注， 并且逐步形成共识。
• 所谓低碳经济，就是以低能耗、低污染、低排放为基础 的经济模式，或者是含碳燃料所排放的二氧化碳显著降 低的经济。
22
三 能源概述
3.2 能源发展史
2. 煤炭时期 • 从18世纪下初叶产业革命导致
绪论
二 课程背景
Background
• 新能源技术是21实际世界经济发展中最具决定性影 响的五个技术领域之一（信息、生物、新材料、新 能源、空间技术），而新能源材料与器件是发展新 能源技术和实现新能源利用的关键。
28
三 能源概述
3.3 常规能源
（2）石油 • 目前世界上已找到近3万个油田和7500个气田，这些油气田遍
布于地壳上六大稳定板块及其周围的大陆架地区。在156个较 大的盆地内几乎均有油气田发现，但分布极不平衡。
世界石油储量分布图
29
三 能源概述
3.3 常规能源
（2）石油 • 在现代国防方面，新型武器、超音速飞机、导弹和火箭所用
33
三 能源概述
3.3 常规能源
（4）水能
• 水能是自然界广泛存在的一次 能源。它可以通过水力发电站 方便地转换为优质的二次能 源—电能。所以通常所说的 “水电”既是被广泛利用的常规 能源，又是可再生能源。而且 水力发电对环境无污染，因此 水能是世界上众多能源中永不 枯竭的优质能源。
新能源材料 能源危机 材料发展 环境污染 资源短缺
4
二 课程背景
Background
新能源技术 促进可持续发展 推动低碳经济
• 英国政府发表的《能源白皮书》中，首次提出了“低碳经 济的概念”，低碳经济概念的提出，引起国际社会的关注， 并且逐步形成共识。
• 所谓低碳经济，就是以低能耗、低污染、低排放为基础 的经济模式，或者是含碳燃料所排放的二氧化碳显著降 低的经济。
22
三 能源概述
3.2 能源发展史
2. 煤炭时期 • 从18世纪下初叶产业革命导致
新能源材料简介PPT课件
• III-V族化合物包括GaAs和InP
等，可制成薄膜太阳电池，转
换 效 率 高 、 抗 辐 照 性 能 好 ， 是 太空站上的GaAs太阳电池
较理想的空间太阳电池。
23
第23页/共42页
纳米太阳电池
• 纳米太阳电池(简称NPC电池)是一种由镀有透明导 电膜的导电玻璃、多孔纳米TiO2、染料光敏化剂、 固体电解质膜以及铂电极组成的一种光电化学式 电池。
➢已 探 明 的 1 7 3 万 亿 立 方 米 天 然 气 仅 够 开 采 6 3 年 ； ➢已探明的9827亿吨煤炭还可用300年到400 年; ➢已 探 明 的 铀 储 量 约 4 9 0 万 吨 ， 钍 储 量 约 2 7 5 万 吨 ， 全 球
441座核电站每年消耗6万多吨浓缩铀，仅够使用100年 左右。 ➢世 界 各 国 水 能 开 发 也 已 近 饱 和 ， 风 能 、 太 阳 能 尚 无 法 满 足人类庞大的需求。
• 与Ni/Cd电池相比，Ni/MH电池具有以下优点：
➢能量密度是Ni/Cd电池的1.5-2倍；
➢充放电速率高；
➢耐过充和过放性能好；
➢使用寿命长；
➢低温性能好； ➢无Cd元素对环境的污染。
第36页/共42页
Ni/MH二次电池
36
• Ni/MH电池开发重点是大功率、高容量方向。国际 上主要汽车公司如GM、Ford和Toyota等相继开发 出Ni/MH电动汽车和混合电动汽车，
➢进 一 步 使 用 有 核 的 或 表 面 凹 凸 不 平 的 纳 米 粒 子 ， 大 幅 提高薄膜的比表面积。
Xi Chen, Baohua Jia, et al, Broadband Enhancement in Thin-Film Amorphous Silicon Solar Cells Enabled by Nucleated Silver Nanoparticles, nano letters, /10.1021/nl203463z| Nano L25ett
新能源材料优秀课件
10
电池反应 Ni(OH） 2+M充 放 电 电 NiOOH+M H
正极
N i(O H ） 2+O H -充 放 电 电 N iO O H +H 2O +e
负极
M+H2O+e充 放电 电MH+OH-
商品Ni/MH电池的形状有圆柱形、方形和扣式等多种类型； 按电池的正极制造工艺分类，则有烧结式和泡沫镍式（含 纤维镍式）两大类型。
Li++e+C6
充电 放电LiC6
电池反应Biblioteka 充 电 LiCO2+C6放 电CoO2+LiC6
商用锂离子电池按形状分类有圆柱形、方形和 扣式。按正极材料分类，有氧化钴锂型、氧化 镍锂型和氧化锰锂型。
15
❖ 锂离子电池的前景展望
（1）发展电动汽车用大容量锂离子电池； （2）开发及使用新的高性能电极材料； （3）加速聚合物锂离子电池的实用化进展。
❖ 金属氢化物镍电池材料
（1）正极材料的改善，如改进球形Ni/(OH)2 （2）AB5型储氢合金的改进 （3）新型高容量储氢电极合金的研究与开发，如Ni/MH合
金、Mg-Ni系合金
❖ 锂离子二次电池材料
（1）碳负极材料 （2）纳米合金材料，如纳米Sn、SnSb、SnAg等 （3）正极材料，如LiCoO2 （4）电解质材料
16
第2章 金属氢化物镍电池材料
❖ 高密度球形Ni(OH)2正极材料 ❖ 储氢合金材料 ❖ AB2型Laves相储氢电极合金 ❖ 其他新型高容量储氢电极合金、 ❖ Ni/MH电池材料的再生利用
17
2.1高密度球形Ni(OH)2正极材料 2.1.1 球形Ni(OH)2的基本性质与制备方法
电池反应 Ni(OH） 2+M充 放 电 电 NiOOH+M H
正极
N i(O H ） 2+O H -充 放 电 电 N iO O H +H 2O +e
负极
M+H2O+e充 放电 电MH+OH-
商品Ni/MH电池的形状有圆柱形、方形和扣式等多种类型； 按电池的正极制造工艺分类，则有烧结式和泡沫镍式（含 纤维镍式）两大类型。
Li++e+C6
充电 放电LiC6
电池反应Biblioteka 充 电 LiCO2+C6放 电CoO2+LiC6
商用锂离子电池按形状分类有圆柱形、方形和 扣式。按正极材料分类，有氧化钴锂型、氧化 镍锂型和氧化锰锂型。
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❖ 锂离子电池的前景展望
（1）发展电动汽车用大容量锂离子电池； （2）开发及使用新的高性能电极材料； （3）加速聚合物锂离子电池的实用化进展。
❖ 金属氢化物镍电池材料
（1）正极材料的改善，如改进球形Ni/(OH)2 （2）AB5型储氢合金的改进 （3）新型高容量储氢电极合金的研究与开发，如Ni/MH合
金、Mg-Ni系合金
❖ 锂离子二次电池材料
（1）碳负极材料 （2）纳米合金材料，如纳米Sn、SnSb、SnAg等 （3）正极材料，如LiCoO2 （4）电解质材料
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第2章 金属氢化物镍电池材料
❖ 高密度球形Ni(OH)2正极材料 ❖ 储氢合金材料 ❖ AB2型Laves相储氢电极合金 ❖ 其他新型高容量储氢电极合金、 ❖ Ni/MH电池材料的再生利用
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2.1高密度球形Ni(OH)2正极材料 2.1.1 球形Ni(OH)2的基本性质与制备方法
6.材料科学进展--新能源材料1
Mg (Target 3.5wt%)
BCC (TiCrV)
0.05
AB2
MgNiV
BCC (TiCrV)
Conventional Alloys
0.01 1.0
2.0
3.0Biblioteka 4.05.06.0 7.0 8.0
10.0
Gravimetric Density , wt%
负极材料（储氢材料）
AB5型混和稀土系储氢合金
海洋能
潮汐的发生是地球受月球和太阳引力的影响而引 起的涨潮时海水向岸边冲去，落潮时又退回海中， 每天有规律地往复运动。受海岸、港湾地形的影 响，海面的高度在高潮和低潮时有很大差别。可 以用来推动机械装置，又可以用来发电。
氢能
氢是理想能源，热值高、无污染。 存在的问题：1）氢的来源，只能通过电解水，太 阳能分解水，生物制氢，以及化工、冶金等流程制 氢，这就需要消耗能源；2）在存储、运输及应用 过程中易爆，使材料产生氢脆、氢腐蚀，以及氢渗 漏等。 利用方式： 1）直接燃烧；2）储氢：将材料与氢结合成为氢化 物，需要时加热放氢，放完后还可继续充氢。如储 氢合金是高能蓄电池的负极。
金属氢化物 镍电池材料
正极材料（ Ni(OH)2 ）； 负极材料（储氢材料）； 制备电极的基板材料； 电介质材料； 聚合物隔膜； 添加剂； 电池壳体； 密封件；
高密度球形Ni(OH)2正极材料
制备方法： 1）化学沉淀晶体生长法（最常用）； 镍盐+碱形成微晶核，再长成球形Ni(OH)2 硫酸镍+氢氧化钠+氨水+添加剂 2）镍粉高压氧化催化法；
Ni/MH电池材料
1960年代，荷兰和美国先后发现LaNi5和 MgNi5具有可逆吸放氢性能； 1973，将 LaNi5作为二次电池负极材料研究； 1984，解决了LaNi5合金在充放电过程中的容 量衰减迅速的问题，实现了利用储氢合金作 为负极材料制造Ni/MH电池的可能； 1987年，工业化Ni/MH电池投产。
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（1） 煤的气化
H2O(g),O2 气化剂
C
高温
H2 CO CH4
1) C + O2 = CO2 2) C + 1/2 O2 = CO 3) C + CO2 = 2CO 4) C + H2O = CO + H2 5) C + 2H2O = CO2 + 2H2
6) CO + H2O = CO2 + H2 7) C + 2H2 = CH4 8) CO + 3H2 = CH4+ H2O 9) CO + 2H2 = CH4 10) CO2 + 4H2 = CH4+ 2H2O
EM
能源材料
Energy Materials
主讲：管 婧
本课程
首先通览能源面临的形式，发展新能源及新能源材料的必 要性，与取得的主要进展；
然后从分析各种新能源（热能、氢能、太阳能、二次能源、 燃料电池等）的特点出发，学习各种新材料在能源转换中 的应用，存在的问题，相关的研究及材料基础理论在其中 的应用和发展，有关的能源政策。
1.1 能源与化学概论
1.1 能源概述 1 能源的分类 2 世界能源结构与消费 3 中国能源现状及趋势 4 能源开发利用
限制并有计划的开采石油和天然气 发展原子能 加速开发利用新能源 节流
1.1 能源与化学概论
一、 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。
能源定义目前约有20种。例如： 《科学技术百科全书》说：“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》说：“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》说：“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”；我国的《能源百科全书》 说：“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。
没有重修的机会！
第一章 1 能源的概念、种类
2 能源与功能材料 33 能源应用现状 44 新能源材料的发展 55 材料对能源的影响
能源
能源和材料是社会发展的物质基础。
新能源
新能源（主要指绿色的可再生能源） 具有分布普遍、储量丰富、可以互 补、对环境和生态影响小等一系列 特点。新能源开发和有效利用的关 键之一是与其相应的材料。
三 地球能量的来源和分类
能源的来源： ①来自地球外部天体的能源（主要是太阳能）
煤炭、石油、天然气等化石燃料也是由古代埋在地下的 动植物经过漫长的地质年代形成的。它们实质上是由古代 生物固定下来的太阳能。此外，水能、风能、波浪能、海 流能等也都是由太阳能转换来的。
②地球本身蕴藏的能量 如原子核能、地热能等。
（2）煤的液化
煤与石油的区别： ① 煤： H : C = 0.4~0.8
石油： H : C = 1.5~1.8 ② 煤分子量＞石油分子量10倍
直接液化法 间接液化法
煤间接液化工厂
3. 石油和天然气
石油的主要组成元素为
C
H
O
N
S
83~87% 10~14% 0.05~25% 0.02~0.25% 0.05~8
3 清洁能源和非清洁能源（按对环境污染）
清洁能源：对环境无污染或污染很小的能源。如：太阳能、水能、风能 非清洁能源：对环境污染较大的能源。如：煤、石油、天然气等化石能源
4 常规能源和新能源（按利用程度）
常规能源：化石燃料、水流能、风能等人类早就应用的能源. 新能源：核能、太阳能、地热能、潮汐能等新近才开始利用的能源
太阳能
化石 能源
新能源
生物质能
电能
二、能源利用与社会发展
人类利用能源的历史，也就是人类认识和征服然的历 史。
(1)火的发现和利用； (2)畜力、风力、水力等自然动力的利用； (3)化石燃料的开发和热的利用； (4)电的发现及开发利用； (5)原子核能的发现及开发利用； (6)新能源的开发与利用。
人类社会已经历了三个能源时期：
能源分类
形成条件 利用技术
一次能源
二次能源
常规能源 新能源 清洁能源 可再生能源
化石能源 水能、油页岩
焦炭、汽油、化学品、 电力、蒸汽
核能、太阳能、地热、 海洋能、风能、潮汐 二次电池、氢能 能、生物质能
核能、太阳能、地热、 海洋能、风能、潮汐 二次电池、氢能 能、生物质能
太阳能、地热、海洋 能、风能、潮汐能、 生物质能
③地球和其他天体相互作用而产生的能量 如潮汐能。温泉和火山爆发喷出的岩浆就是地热的表现。
能源分类
1 一次能源和二次能源（按获得的方式）
一次能源：是自然界直接提供的能源. 二次能源：由自然界提供的能源转化而来的能源.
2 再生能源和不可再生能源（按是否再生）
可再生能源：对于一次能源，如太阳能、风能等可从自然界源源不断的得到的能源。 不可再生能源：如煤、石油天然气以及核燃料等一旦消耗很难再生的能源。
H：主要可燃元素 有效氢——与C S P结合，可燃烧 化合氢——与O 结合，不能燃烧
O , S, N等：有害成分。
2. 煤的有效洁净利用——洁净煤技术 （中Cl国ea洁n净C煤oa技l T术e主ch要no技lo术gy领域简：称 CCT）
煤炭利用前净化技术
煤炭洁净燃烧
煤炭的转化技术
污染控制与废气、废物管理
薪柴时期：主要以薪柴等生物质燃料为主要能源的 时代，生产和生活水平极低，社会发展缓慢。
煤炭时期：以煤炭取代薪柴作为主要能源，蒸汽机成为 生产的主要动力，工业迅速发展，劳动生产力增长很大。
石油时期：开始了能源利用的新时期。近30年来，世界 上许多国家依靠石油和天然气，创造了人类历史上空前的 物资文明。
和煤相比（1）石油含氢量高，含氧量低。 （2）石油中的碳氢化合物以直链烃为主。 煤中的碳氢化合物以芳烃为主。
四 化石能源：煤、石油和天然气概述
1. 煤的种类及主要成分
无烟煤 含碳量/ % 80
泥煤 50
煤的化学组成
元素 C
H
O
N
S
含量/ % 85.0 5.0
7.6
0.7
1.7
C：主要可燃成分， C (s) + O2 (g) = CO2 (g) △rHmθ(298.15k)= -393.5 kj·mol-1