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《新能源材料的應(yīng)用現(xiàn)狀》由會(huì)員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在應(yīng)用文檔-天天文庫。
1、1.3新能源材料的應(yīng)用現(xiàn)狀當(dāng)前的研究熱點(diǎn)和技術(shù)前沿包括高能儲(chǔ)氫材料、聚合物電池材料、中溫固體氧化物燃料電池電解質(zhì)材料、多晶薄膜太陽能電池材料、新型儲(chǔ)能材料等。新能源材料的應(yīng)用可以概括為以下幾個(gè)方面。(1)鋰離子電池及其關(guān)鍵材料鋰離子電池及其關(guān)鍵材料的研究是新能源材料技術(shù)方面突破點(diǎn)最多的領(lǐng)域,在產(chǎn)業(yè)化工作方面也做得最好。在這個(gè)領(lǐng)域的主要研究熱點(diǎn)是開發(fā)研究適用于高性能鋰離子電池的新材料、新設(shè)計(jì)和新技術(shù)。在鋰離子電池正極材料方面,研究最多的是具有α-NaFeO2型層狀結(jié)構(gòu)的LiCoO2、LiNiO2和尖晶石結(jié)構(gòu)的LiMn
2、2O4及它們的摻雜化合物。鋰離子電池負(fù)極材料方面,商用鋰離子電池負(fù)極材料碳材料以中間相碳微球(MCMB)和石墨材料為代表。當(dāng)前國內(nèi)鋰離子電池關(guān)鍵材料已經(jīng)基本配套,為我國離子電池產(chǎn)業(yè)的更大發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。(2)鎳氫電池及其關(guān)鍵材料鎳氫電池是近年來開發(fā)的一種新型電池,與常用的鎳鎘電池相比,容量可提高一倍,沒有記憶效應(yīng),對(duì)環(huán)境沒有污染。它的核心是儲(chǔ)氫合金材料,目前主要使用的是RE(La-Ni5)系、Mg系和Ti系儲(chǔ)氫材料。我國在小功率鎳氫電池產(chǎn)業(yè)方面取得了很大進(jìn)展,鎳氫電池的出口量逐年增長(zhǎng),年增長(zhǎng)率為30%以上。世界
3、個(gè)發(fā)達(dá)國家都將大型鎳氫電池列入電動(dòng)汽車的開發(fā)計(jì)劃,鎳氫動(dòng)力電池正朝著方形密封、大容量、高比能的方向發(fā)展。(3)燃料電池材料燃料電池材料因燃料電池與氫能的密切關(guān)系而顯得意義重大。燃料電池可以應(yīng)用于工業(yè)及生活的各個(gè)方面,如使用燃料電池作為電動(dòng)汽車電源一直是人類汽車發(fā)展目標(biāo)之一。在材料及部件方面,主要進(jìn)行了電解質(zhì)材料合成及薄膜化、電極材料合成與電極制備、密封材料及相關(guān)測(cè)試表征技術(shù)的研究,如摻雜的LaGaO3、納米YSZ、鍶摻雜的錳酸鑭陰極及Ni-YSZ陶瓷陽極的制備與優(yōu)化等。采用廉價(jià)的濕法工藝,可在YSZ+NiO陽極基底
4、上制備厚度僅為50um的致密YSZ薄膜,800℃用氫作燃料時(shí)單電池的輸出功率密度達(dá)到0.3W/cm2以上。(4)太陽能電池材料基于太陽能在新能源領(lǐng)域的龍頭地位,美國、德國、日本等發(fā)達(dá)國家都將太陽能光電技術(shù)放在新能源的首位。美國、日本、歐洲等國家的單晶硅電池的轉(zhuǎn)換效率相繼達(dá)到20%以上,多晶硅電池在實(shí)驗(yàn)室中轉(zhuǎn)換效率也達(dá)到了17%,引起了各方面的關(guān)注。砷化鎵太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率目前已經(jīng)達(dá)到20%~28%,采用多層結(jié)構(gòu)還可以進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)換效率,美國研制的高效堆積式多結(jié)復(fù)合砷化鎵太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了31%,IBM公司
5、報(bào)道研制的多層復(fù)合砷化鎵太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了40%。在世界太陽能電池市場(chǎng)上,目前仍以晶體硅電池為主。預(yù)計(jì)在今后一定時(shí)間內(nèi),世界太陽能電池及其組件的產(chǎn)量將以每年35%左右的速度增長(zhǎng)。晶體硅電池的優(yōu)勢(shì)地位在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間里仍將繼續(xù)維持和向前發(fā)展。(1)發(fā)展核能的關(guān)鍵材料美國的核電約占總發(fā)電量的20%。法國、日本兩國核能發(fā)電所占份額分別為77%和29.7%。目前,中國核電工業(yè)由原先的適度發(fā)展進(jìn)入加速發(fā)展的階段,同時(shí)我國核電發(fā)電量創(chuàng)歷史最高水平,到2020年核電裝機(jī)容量將占全部裝機(jī)容量的4%。核電工業(yè)的發(fā)展離不開核材料
6、,任何核電技術(shù)的突破都有賴于核材料的首先突破。發(fā)展核能的關(guān)鍵包括:先進(jìn)核動(dòng)力材料、先進(jìn)的核燃料、高性能燃料組件、新型核反應(yīng)堆材料、鈾濃縮材料等。(2)其他新能源材料我國風(fēng)能資源較為豐富,但與世界先進(jìn)國家相比,我國風(fēng)能利用技術(shù)和發(fā)展差距較大,其中最主要的問題是尚不能制造大功率風(fēng)電機(jī)組的復(fù)合材料葉片材料;電容器材料和熱電轉(zhuǎn)換材料一直是傳統(tǒng)能源的研究范圍?,F(xiàn)在隨著新材料技術(shù)的發(fā)展和新能源含義的拓展,一些新的熱電轉(zhuǎn)換材料也可以當(dāng)作新能源材料來研究。目前熱電材料的研究主要集中在(SbBi)3(TeSe)2合金、填充式Skut
7、teruditesCoSb3型合金(如CeFe4Sb12)、IV族Clathrates體系(如Sr4Eu4Ga16Ge30)以及Half-heusler合金(如TiNiSn0.95Sb0.05);節(jié)能儲(chǔ)能材料的技術(shù)發(fā)展也使得相關(guān)的關(guān)鍵材料研究迅速發(fā)展,一些新型的利用傳統(tǒng)能源和新能源儲(chǔ)氫材料也成為了人們關(guān)注的對(duì)象。利用相變材料(PhaseChangeMaterials,PCM)的相變潛熱來實(shí)現(xiàn)能源的儲(chǔ)存和利用,提高能效和開發(fā)可再生能源,是近年來能源科學(xué)和材料科學(xué)領(lǐng)域中一個(gè)十分活躍的前沿研究方向;發(fā)展具有產(chǎn)業(yè)化前景的超
8、導(dǎo)電纜技術(shù)是國家新能源領(lǐng)域超導(dǎo)材料與技術(shù)專項(xiàng)的重點(diǎn)課題之一。我國已經(jīng)成為世界上第3個(gè)將超導(dǎo)電纜投入電網(wǎng)運(yùn)行的國家,超導(dǎo)電纜的技術(shù)已躋身于世界前列,將對(duì)我國的超導(dǎo)應(yīng)用研究和能源工業(yè)的前景產(chǎn)生重要的影響。調(diào)整能源布局,強(qiáng)化新能源的地位,對(duì)新能源材料也提出了新的需求。堅(jiān)持經(jīng)濟(jì)、社會(huì)與生態(tài)環(huán)境的持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展,促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略與科教興國戰(zhàn)略的緊密結(jié)合。同時(shí),新能源材