可再生能源浅谈论文

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1、可再生能源浅谈——研究性学习高一10班王浩然杨帆胡玥许光灿吴逸飞李郅萱一、太阳能太阳能以其丰富的储量和获取途径的方便，可以称得上是取之不尽用之不竭的。太阳能直接利用主要是通过其光和热，但是不易转变成为机械能。电能以转化形式多样、方便的特点，可以作为传输能量的最方便的形式，因此为了更充分地利用太阳能，需要将太阳能先转化成电能，再转化为其他形式能量。而从太阳能到电能这一步，如果能尽量降低能量损失，减少成本，提高转化率和转化速率，那么就可以将太阳能作为现有的能源【特别是化石能源】的替代品。太阳能转化为电能可以有两种途径，第一种是直接转化，第二种是借助中间物质转化1.

2、直接转化——太阳能电池原理：光电效应在因为光具有能量，在光子的激发下会有电子定向移动形成电流。光子的能量大于电子的逸出功时，电子就会逸出金属原子表面，大多数会沿垂直金属的方向运动【因为不确定性原理所以并不是所有】。只要光的频率超过某一极限频率，受光照射的金属表面立即就会逸出光电子，发生光电效应。当在金属外面加一个闭合电路，加上正向电源，这些逸出的光电子全部到达阳极便形成所谓的光电流。太阳能电池就是通过吸收光子并把原子中的电子击出轨道来产生电场的。其材料需要具备以下特点：首先是很强的吸收光的能力，不能有过多的反射；其次是原子内部金属键要比较弱，这样电子的逸出功比

3、较低，才容易被打出；再次材料本身要有一定的导电性，这样才能在外接负载后形成闭合回路，并且不至于生成过多的热能【内阻过大时内电路消耗的能量会过大，降低效率】现有的太阳能光伏电池包括硅太阳能电池、多晶体薄膜电池、有机聚合物电池、纳米晶电池、有机薄膜电池、染料敏化电池和塑料电池。现在用的比较多的是硅太阳能电池，包括单晶硅和多晶硅两种。单晶硅电池转化率约为26%，是现有的光伏电池中能量转化率最高的，但是造价太高；而多晶硅提取较单晶硅简单，造价相对较低，但是转化率远不如单晶硅。总体来说太阳能电池的技术条件还不够成熟，急需造价相对较低的优良材料。纳米技术和有机聚合材料的应

4、用也可为这种材料的发现提供思路2.间接转化——水的光解+燃料电池这个思路借用的是中间物质水、氢气和氧气，通过其吸放热来进行能量转化首先是通过水的光解来生成氢气和氧气。这个说起来比较简单，但实际操作并不容易，因为这个反应不是自发的【自由能变化量△G>>0】，难点主要在于催化剂的选取。要使水分解释放出氢气，热力学要求作为光催化材料的半导体材料的导带电位比氢电极电位EH+/H2稍负，而价带电位则应比氧电极电位Eo2/H2O稍正。光解水的原理为：光辐射在半导体上，当辐射的能量大于或相当于半导体的禁带宽度【电子跃迁到导电状态所需的最小能量值】时，半导体内电子受激发从价带

5、跃迁到导带，而空穴则留在价带，使电子和空穴发生分离，然后分别在半导体的不同位置将水还原成氢气或者将水氧化成氧气。Khan等提出了作为光催化分解水制氢材料需要满足：高稳定性，不产生光腐蚀【类似电化学腐蚀】；价格便宜；能够满足分解水的热力学要求；能够吸收太阳光。现有的光解催化剂有钽酸盐，铌酸盐，钛酸盐和多元硫化物，但这些催化剂不仅只作用于紫外波段，而且极易发生光腐蚀，需要进行牺牲保护，成本太高，效率低下。使用纳米技术、贵金属吸附等方法可以提高效率，但是往往成本还是太高了水的光解类似于电解，也需要阴极阳极电解液。人们在探索这个反应的装置时花了不少努力，也有些高效的装

6、置，比如说光解水系统，占地小，效率高，操作简单。更先进的装置仍然要我们探索。实际制备出氢气氧气之后就可以直接燃烧了，但是走燃烧火力发电的老路效率还是不够高，因此氢氧燃料电池的出现就是必须的了。这种装置通过将氧化还原反应分开在两极进行而让化学能直接转变成电能，提高了转化率。面临的主要问题仍然是催化剂，包括阳极的促氧化催化剂和阴极促还原催化剂。阳极的贵金属催化剂【如铂Pt】表面积大，可以吸附多种气体，并且有空余的d轨道，催化效率比较高，但是价格不菲。经研究发现反尖晶石【最典型的如，但这是不能作为催化剂的，一般的有和】结构的物质可以作为阴极的催化剂，沉淀法很容易制取

7、，成本不是特别高，催化效率也比较理想。氢氧燃料电池的效率最高可以达到60%~70%，比起火力发电可谓是高了许多。但是同样面临成本的问题，推广上有难度。二、核能1.核能获取原理（由于核能目前看来取之不尽，用之不竭，且与可再生能源具有许多通性，在这里姑且将其放入可再生能源中作讨论）核能发电原理：质能公式E=mc²核能的释放有三种方式：核裂变、核聚变和核衰变。它们本质上都是将核子的质量转变成能量放出。现已被人们广泛利用的是核裂变，原子弹也是核裂变的产品之一。可控核裂变的基本方法是用中子轰击重原子（一般用铀-235）的原子核，促使核裂变，从而释放能量。为了持续输送能量

8、，我们所用的重原子还需要在裂变时能够释