新能源材料
一、引言
能源是人類社會生存與發展的重要物質基礎，是現代文明的三大支柱之一。能源的可持續發展是全體人類共同願望與奮鬥目標，是推動人類社會發展的重要因素之一。目前，世界的能源消耗主要還是以煤、石油、天然氣之類的礦物能源為主，在開發、採集以及利用這些礦物能源的過程中，不但嚴重破壞了生態環境，造成了極大的環境汙染，更重要的是這些能源不可再生，礦物能源的枯竭已成為共識，人類社會目前正陷入能源危機之中。
於是，科學工作者提出了資源與能源最充分利用技術和環境最小負擔技術。新能源與新能源材料是這兩大技術的重要組成部分。新能源的發展必須靠利用新的原理來發展新的能源系統，同時還必須靠新材料的開發與利用，才能使新的系統得以實現，並提高其利用效率，降低成本。
因而，發展新能源材料是解決能源危機的最根本途徑。
我國作為發展中大國，能源消耗很大，但能源的利用率不高，而且能源結構也不合理，目前一次能源以煤為主，到2023年煤所佔比例將超過50％。我國將面臨長期能源問題，因此改變我國的能源結構，大力發展新能源以及能源綜合利用技術所需的材料，對於促進我國的現代化建設，增強綜合國力，既具有重要的現實意義。
二、新能源材料
新能源包括太陽能、生物質能、核能、風能、地熱、海洋能等一次能源以及二次電源中的氫能等。新能源材料是發展新能源的核心和物質基礎，主要是指能實現新能源的轉化和利用以及發展新能源技術所需要用的關鍵材料。新能源材料主要包括以儲氫電極合金材料為代表的鑷氫電池材料，以嵌鋰合金為負極和licoo2正極為代表的鋰離子電池材料、燃料電池材料、以矽半導體材料為代表的太陽能電池材料及以鈾、氘、氚為代表的反應堆核能材料等。
當前研究的熱點和技術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材料、多晶薄膜太陽能電池材料等。
新能源材料的主要特點有：
1、新能源材料能夠把原來使用的能源轉變成新能源，如人類使用太陽能取暖、烘乾等，現在利用半導體材料可把太陽能直接轉變為電能；
2、新能源材料可以提高貯能效率，有效進行能量轉換，如金屬氫化物鎳電池、鋰離子電池都是靠電極材料的貯能效果和能量轉化功能而發展起來的新型二次電池。
本文主要介紹儲氫合金、新型二次電池、燃料電池、太陽能電池以及核能材料。
三、儲氫材料
氫能是人類未來的理想能源。氫能熱值高，如燃燒1kg氫可發熱1.4×105kj，相當於3kg汽油或4.
5kg焦炭的發熱量；資源豐富，地球表面有豐富的水資源，水中含氫量達11.1％；乾淨、清潔，燃燒後生成水，不產生二次汙染；應用範圍廣，適應性強，可作為燃料電池發電，也可用於氫能汽車、化學熱幫浦等。因此，氫能的開發和利用成為世界各國特別關注的科技領域。
氫能利用的關鍵是氫的製備技術和高密度的安全儲存。由於氫在常溫下為氣體，密度很小，單位重量體積很大。目前市售的氫氣一般都是在150個大氣壓下儲存在鋼瓶內，氫氣的重量不到鋼瓶重量的1/100。
而且儲存的氫是一種危險品，有**的危險，很不方便。為了解決氫的儲存和運輸問題，人們研發了相應的儲氫材料，主要包括活性炭、合金化合物、無機化合物以及有機化合物四大類儲氫材料，其中又以合金化合物儲氫材料研究最為廣泛。
3.1、活性炭儲氫
活性炭具有較高的比表面積，尤其是優質活性炭的比表面積可達別2000m2/g以上。利用低溫加壓可吸附儲氫。例如在-120℃、5.
5mpa下，活性炭的儲氫量可達4.0％(質量分數)以上。活性炭原料易得，吸附儲氫和放氫操作比較簡單，投資費用比較低。
隨著奈米技術的進步，作為20世紀末材料科學領域最重要的發現之一，人們發現富勒烯(c60)和碳奈米管(cnt)對氫氣具有較強的吸附作用。分析表明單層碳奈米管(swnt)的吸氫量比活性炭(ac)高，h2在swnt的吸附量可達5％-10％(質量分數)，有能成為新一代的儲氫材料。
3.2、無機化合物儲氫
利用某些無機化合物能和氫氣發生化學反應可以儲氫．然後在一定條件下又可分解放出氫。例如，h.kramer報道了利用碳釀氫鹽與甲酸鹽之間相互轉化的儲氫技術，其吸氫和釋氫反應為：
以活性炭作載體，在pd或pdo的催化作用下，以khco3或nahco3作為儲氫劑，其儲氫量約為2％(質量分數)。該法優點是原料易得．儲存方便、安全性好。但是儲氫量比較小，催化劑**較貴。
3.3、有機液體氫化物儲氫
有機液體氫化物儲氫是借助儲氫載體(如苯和甲苯等)與h2的可逆反應來實現，包括催化加氫反應和催化脫氫反應。可表示為：
該法儲氫量大，環己烷和甲基環己烷的理論儲氫量分別為7.19％和6.18％(質量分數)，比高壓壓縮儲氫和金屬氫化物儲氫的實際量都大。
儲氫載體苯和甲苯可迴圈使用，其儲存和運輸都很安全方便。但該法也存在明顯不足，催化加氫和催化脫氫裝置和投資費用較大，儲氫技術操作比其他方法要複雜得多。
3.4、合金化合物儲氫
元素週期表中，除he、ne、ar等稀有氣體外，幾乎所有元素均能與氫反應生成氫化物或含氫化合物。在一定溫度和氫氣壓力下能多次吸收、儲存和釋放氫氣的合金被稱為儲氫合金。如大多數過渡金屬與氫反應形成不同型別的金屬氫化物，由於其特殊的晶格結構等原因，在一定條件下，氫原子比較容易進入金屬晶格的四面體或八面體間隙中，形成金屬氫化物，如tih2、zrh1.
9、prh2.8、ticoh1.4、lani5h、mmni4.
5h6.6等。這類材料可儲存比其體積大1000-1300倍的氫，而且合金中儲存的氫表現為h與h+之間的中間特性，與這些金屬的結合力較弱。
當金屬氫化物受熱時，又可釋放出氫氣。
理論上，能夠在一定溫度、壓力下與氫形成氫化物並且具有可逆反應的金屬或合金都可以作為儲氫材料。但是，要使儲氫合金材料達到實用的目的，必須滿足下列要求：(1)儲氫量大，能量密度高；(2)吸氫和放氫速度快；(3)氫化物生成熱小；(4)分解壓適中，若分解壓過高，則吸氫時充氫壓力較高，需要使用耐高壓容器，若分解壓過低，則必須加熱才能釋放氫，需要消耗能源；(5)容易活化。
儲氫合金第一次與氫反應稱為活化處理，活化的難易直接影響儲氫合金的實用價值；(6)化學穩定性好，經反覆吸、放氫，材料效能不衰減、對氫氣中所含的雜質(如o2、co、cl、h2s、h2o等)敏感性小，抗中毒能力強，使用壽命長；(7)在儲存與運輸中安全、無害；(8)原料**廣、成本價廉。
目前研究最多和投入應用的儲氫合金材料主要有：稀土系列、鎂鎳系列、鈦合金系列等。大多數金屬氫化物儲氫量在1％-4％(質量分數)、能量密度高，所需費用明顯低於深冷液化儲氣，與高壓壓縮儲氫相當，而且原料易得，可以滿足各方面應用的要求，安全可靠。
它是目前各國都在積極研究開發的一種很有前途的儲氫方法。
3.4.1、稀土系儲氫合金
lani5是稀土系儲氫台金的典型代表，由荷蘭philip實驗室於2023年首先研製。lani5具有cacu5型六方結構，在室溫下可與一定壓力的氫氣反應即形成相應的氫化物，如下式所示。lani5具有優良的儲氫效能，塊狀lani5合金儲氫量約1.
4％(質量分數)，平衡壓力適中而平坦．滯後小，容易活化，具有良好的動力學特性和抗雜質氣體中毒性，吸放氫滯後很小。
由於lani5成本高(需要純la作原料)，大規模應用受到限制，因此發展了稀土系列多元合全。
1、lani5三元系：通過對la原子和ni原子的置換，目前主要有兩大類三元合金：lani5-xmx(m＝al、mn、cr、fe、co、cu、ag、pd、pt等)和r0.
2la0.8ni5 (r＝zr、y、gd、nd、th等)。對於lani5-xmx合金，除pd和pt外，其它元素對ni的置換均使金屬氫化物穩定性提高，平台壓力降低。
對於r0.2la0.8ni5合金，所有置換元素使其氫化物穩定性降低。
2、mmni系：用富ce>40％混合稀土(mm)代替la研製廉價的mnni5儲氫合金。mmni5在室溫、6mpa壓力下氫化反應生成mnni5h6，20℃分解壓為1.
31mpa、吸氫平衡壓約3.04mpa，活化條件苛刻，難於實用。為此在mmni5基礎上又開發多元合金，如mmnii1-yby(b=al、cu、fe、mn、ga、1n、sn、cr、co、pt、ni、al、zr等)系列，其中mm、a1對合金中ni的部分取代可使平台壓力大幅降低，而且mn、a1引入可有效改善mmni5活化特性，在氫壓4mpa時立即氫化；在mnni5-yby系列儲氫合金中，mmni4.
5m0.5儲氫量大，釋氫壓力適當，常用於氫的儲存和淨化；mmni4.15fe0.
85具有較平坦的平台和較小的滯後，可用熱幫浦、空調用儲氫材料；mmni5-ycoy通過改變y值連續改變合金吸釋氫特性，具有良好的儲氫能力；富la(其中la+nd>70％)混合稀土儲氫合金不僅保持lani5的許多優良特性．而且在儲氫量和動力學特性方面優於lani5，**僅為純la的1/5，從而更具有實用價值。
3.4.2、鈦系儲氫合金
1、鈦鐵系：tife是鈦鐵系儲氫合金的典型代表。tife具有優良的儲氫特性，在室溫與氫反應生成tifeh1.
04(β相) 和tifeh1.95(γ相)兩種氫化物。若在300℃和0.
1mpa氫氣中處理，吸氫量約1.75％(質量分數)。室溫下釋氫壓力約為0.
1mpa。tife的**較低，因而具有很大實用價值。但tife也有明顯不足：
首先是活化困難，必須在450℃和5mpa壓力條件下進行活化；其次是抗毒性弱(特別是o2)，反覆吸釋氫後效能下降。為改善tife合金的儲氫特性，研究了以過渡元素(m)置換部分鐵的tife1-ymy(m＝cr、mn、mo、co、ni、v、nb、cu等)。過渡元素的加入改善了鈦鐵系儲氫合金的活化效能，其中tife0.
8mn0.2可在室溫下3mpa氫壓下活化，生成tife0.8mn0.
2h1.05氫化物，儲氫量達到1.9％(質量分數)。
2．鈦錳系：timn系二元合金中，以timn1.5儲氫效能最佳，該合金可在室溫下活化、與氫反應生成timn1.5h2.47氫化物，儲氫量達1.86％(質量分數)。
3.4.3、鎂系儲氫合金
美國最早研究了鎂的吸氫，在300-400℃和較高的氫壓下，鎂與氫反應生成mgh2，氫化反應式為：
mgh2含氫量為7.65％(質量分數)，但mgh2屬離子型氫化物，穩定性強，釋氫困難，分解溫度過高。因而其發展方向是通過合金化，改善合金氫化反應的動力學和熱力學性質，若在mg中新增5％-10％的ni或cu，可對鎂氫化物的形成起催化作用，使氫化反應速度加快。
例如，鎂和鎳可以形成兩種金屬間化合物mg2ni，mg2ni在300℃和2.02mpa條件下與氫反應生成mg2nih4。穩定性比mgh2低得多。
在mg2ni中，用ca和a1取代部分mg形成mg2-xmxni合金(m=ca、al，x=0.01-1.0)，其氫比物離解速度比mg2ni增大40％以上，容易活化處理，具有良好的儲氫效能，性質穩定。
利用過渡元素(m)置換mg2ni中的部分ni，形成mg2nli1-xmx三元合金(m＝v、cr、mn、fe、zn等，x＝0.01-0.5)，也可以改善吸/釋氫的速度，具有實用價值。
新能源材料複習
1.太陽能光電轉換電池 晶體矽電池 薄膜電池 的工作原理 特點及應用。薄膜太陽電池 非晶矽 特點非晶矽太陽能電池的優點 1非晶矽具有較高的光吸收係數。這是非晶矽材料最重要的特點，也是它能夠成為低 太陽能電池的最主要因素。2非晶矽的禁帶寬度比單晶矽大，隨製備條件的不同約在1.5 2.0ev的範圍內變化...
能源審計演講稿
我是 公司xx，首先代表我們公司對各位領導的到來表示感謝。我公司註冊成立於 年，是xx市能源局批准備案的第x批節能服務公司。我公司主要從事節能評估 能源審計 合同能源管理 節能諮詢等節能技術服務。我公司以節能產業為方向，以國內和國際市場為平台，以科技為核心，致力於xx市節能減排事業。公司核心團隊來自...
全球新能源材料發展概覽 電池材料
istis，2005年世界重點工業發展動態 寫作組 由於技術進入門檻高，投資收益高 持續時間長，電池新材料領域成為企業尤其是上市公司擴大利潤 提公升業績的重點產品之一。電池正極 負極材料 電解液市場已相對成熟，而鋰電池隔膜的國產化過程蘊含著較大的市場機會 太陽能電池市場發展迅速，技術不斷進步，有機材...