新能源材料的應(yīng)用現(xiàn)狀

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1、1.3新能源材料的應(yīng)用現(xiàn)狀當(dāng)前的研究熱點和技術(shù)前沿包括高能儲氫材料、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、新型儲能材料等。新能源材料的應(yīng)用可以概括為以下幾個方面。（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)方面突破點最多的領(lǐng)域，在產(chǎn)業(yè)化工作方面也做得最好。在這個領(lǐng)域的主要研究熱點是開發(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)，對環(huán)境沒有污染。它的核心是儲氫合金材料，目前主要使用的是RE(La-Ni5)系、Mg系和Ti系儲氫材料。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，年增長率為30%以上。世界

3、個發(fā)達(dá)國家都將大型鎳氫電池列入電動汽車的開發(fā)計劃，鎳氫動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)及生活的各個方面，如使用燃料電池作為電動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，多晶硅電池在實驗室中轉(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上，目前仍以晶體硅電池為主。預(yù)計在今后一定時間內(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。晶體硅電池的優(yōu)勢地位在相當(dāng)長的時間里仍將繼續(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)能源和新能源儲氫材料也成為了人們關(guān)注的對象。利用相變材料（PhaseChangeMaterials,PCM）的相變潛熱來實現(xiàn)能源的儲存和利用，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)專項的重點課題之一。我國已經(jīng)成為世界上第3個將超導(dǎo)電纜投入電網(wǎng)運行的國家，超導(dǎo)電纜的技術(shù)已躋身于世界前列，將對我國的超導(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，強化新能源的地位，對新能源材料也提出了新的需求。堅持經(jīng)濟(jì)、社會與生態(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，新能源材