纳米科技能源材料.ppt

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1、纳米科学导论聂明西南大学材料科学与工程学院目录1、绪论1.1纳米材料及技术发展1.2基本概念2、纳米结构基本单元及基本理论2.1基本结构单元团簇，纳米微粒，人造原子，纳米管2.2纳米材料分类3、纳米材料3.1纳米材料概述3.2纳米材料的表征与操纵技术3.3纳米材料的化学制备方法4、纳米材料在化学电源中的应用5、能源材料6、磁性材料1氢能系统20世纪70年代的“能源危机”促使各国认真审视自己的能源结构，并寻找新的能源。太阳能、风能、水力、潮汐能、地热能、生物能、核能等均得到了很大的发展，在一定程度上降低了人类对石油、天然

2、气和煤等化石燃料的依赖。然而，“车载能源的潜在危机”并没有得到有效解除。也就是说，当石油、煤和天然气用完后，人类用什么来驱动汽车的问题依然存在。5、能源材料5.1储氢材料氢能经济时代离我们有多远？未来能源趋势以石油为代表的一次能源短缺、环境恶化、地球表面温度升高是开发以氢能源技术的直接动力。人类利用能源的倾向—燃料中氢的比例增大，逐渐减少对碳基燃料的依赖。HydrogenEnergySystem氢的制备（1）化石资源制氢：不可再生资源制氢技术煤焦化和气化制氢石脑油或重油部分氧化制氢天然气水蒸气重整制氢天然气催化部分氧化

3、制氢天然气高温裂解制氢优点：1.制备技术工艺成熟；2.生产成本低；缺点：1.资源有限且不可再生；2.需要解决CO2的封存问题；3.需要提高效率和小型化；氢的制备（2）近期制备方法：—从化石原料或富氢工业气体中制取天然气重整制氢；煤H2，CH3OHH2；富氢工业尾气：氯碱工业尾气、焦炉气等；中期制备方法：—煤气化制氢远期制备方法：—利用清洁、安全、可再生能源制氢生物质制氢利用水电、核电等电解水制氢太阳能光解制氢氢的制备（3）可采用电解水与化工过程结合，降低电解水制氢的电耗H=137.66KJ/mol,S=92.68J

4、/KmolG(298K)=110.0KJ/molH2O(l)H2(g)+O2(g)H=285.830KJ/mol,S=266.182J/KmolG(298K)=206.5KJ/molH2O(l)＋C2H4(g)H2(g)+C2H4O(l)制氢技术的突破：联产制氢——提高转化效率，降低制氢成本氢的输运（1）目前存在几种主要的氢气运输方式管道输运：氢气管道输运液氢管道输运移动输运：高压氢输运液氢输运氢的输运（2）主要存在的问题：移动输运相对能耗大；如用40吨罐车运输，液氢只能运输2.1吨，压力为200bar的氢气运

5、输量不到500Kg；管道输运基础投资高；需要采用特殊材料的管道和特殊的泵站设计，建设成本要比天然气管网高50%左右；管道输运能耗与距离有关;5000公里以内，相对能耗在30%以上；1000公里以内，相对能耗小于10%，低于移动输运能耗；氢的储存美国能源部制定的氢气贮存技术的目标车载氢气贮存的技术和经济指标：2005年：1.5kWh/kg(4.5wt%),1.2kWh/L,$6/kWh2010年：2.0kWh/kg(6.0wt%),1.5kWh/L,$4/kWh2015年：3.0kWh/kg(9.0wt%),2.7kWh

6、/L,$2/kWh目前还没有一种贮氢方式能够满足上述目标，氢气的有效贮存是实现向氢能经济过渡的关键技术之一。国内外发展预测各国政府重视氢能经济美国：计划在2040年实现向氢能经济过渡欧盟：制定了向氢能经济过渡的路线图日本：制定了实现氢能经济过渡的路线图我国向氢能经济过渡的必要性实现向氢能经济过渡的重要意义：提高能源供给安全：实现能源供给的多元化，减小对原油进口的依赖，有利于我国经济的健康、快速、持续发展；改善生态环境质量：目前我国CO2排放占世界第二位，为实现CO2减排，需发展CO2封存的联合循环发电技术，以实现燃料的

7、高效利用；与世界能源先进技术发展同步；我国在氢能及燃料电池领域的工作国家投入经费在氢能及燃料电池领域进行研发国家科技部863电动汽车重大专项设立“燃料电池电动汽车”课题；国家科技部启动973基础研究项目：氢能的规模制备、储运和相关燃料电池的研究；中国科学院启动院知识创新工程重大项目：大功率质子交换膜燃料电池发动机及氢源技术；另外，国内多家科研机构和高校相距投入资金在燃料电池及氢能领域开展研发工作；广东省和广州市均已启动燃料电池重大科技专项。我国向氢能经济过渡的路线图化石能源氢能氢能基础实施建设分散电站后备电源燃料电池电

8、动汽车煤气化制氢发电基础研究技术示范示范运行商业化20032005200820102020203020402050解决氢的制备、贮运等关键技术，进行技术示范演示在城市建立加氢站，制定氢能的法规，基础实施逐渐完善氢能基础实施完善，具备了成熟的向氢能经济过渡的硬件软件基础研究，提高系统性价比进行小批量示范运行，增强市场竞争力进行大规模