新能源材料的研究进展

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1、.新能源材料的研究进展摘要：新能源是降低碳排放、优化能源结构、实现可持续发展的重要途径。新能源材料是引导和支撑新能源发展的重要基础，在宣布系统中得到了大量应用。概要介绍了目前在新能源发展过程中发挥重要作用的核用锆合金、锂离子电池关键材料、镍氢动力电池关键材料及氢能燃料电池等新能源材料的现状及存在问题。关键词：新能源、核能、新能源材料ProgreeinResearchofNewEnergyMaterialsAbstract:Utilizingnewenergyisoneofthewaystodec

2、reasecarbonemission,optimizeenergystructureandrealizesustainabledevelopment.Newenergymaterialsareimportantforguidingandsupportingthedevelopmentofnewenergyandareexlensivelyusedinthenewenergysystems.Currentstatusandexistingproblemsofsomenewenergymateri

3、alsthatplayimportantrolesinthedevelopingprocessofnewenergy,suchaszirconiumalloysfornuclearreactors,relatedmaterialsforbatteries,andhydrogenenergyandfuelcells,arebrieflyintrlduced.Keywords:newenergy、nuclearenergy、newenergymaterials1前言....新能源材料是只支撑新能源发

4、展的、具有能量储存和转换功能的功能材料或结构功能一体化材料。新能源材料对新能源的发展发挥了重要作用，一些新能源材料的发明催生了新能源系统的诞生，一些新能源材料的应用提高了新能源系统的效率，新能源材料的使用直接影响着新能源系统的投资与运行成本。本文主要介绍核用锆合金、锂离子电池关键材料、镍氢动力电池关键材料及氢能燃料电池等新能源材料的现状及存在问题。2核用锆合金核反应堆中，目前普遍使用锆合金作为堆芯结构部件和燃料元件包壳材料。Zr-2,Zr-4和Zr-2.5Nb是水堆用3种最成熟的锆合金，Zr-2

5、用作沸水堆包壳材料，Zr-4用作压水堆、重水堆和石墨水冷堆的包壳材料，Zr-2.5Nb用作重水堆和石墨水冷堆的压力管材料，其中Zr-4合金应用最为普遍，该合金已有30多年的使用历史。为提高性能，一些国家开展了改善Zr-4合金的耐腐蚀性能以及开发新锆合金的研究工作。通过将Sn含量取下限，Fe,Cr....含量取上限，并采取适当的热处理工艺改善微观组织结构，得到了改进型Zr-4包壳合金，其堆内腐蚀性能得到了改善。但是，长期使用证明，改进型Zr-4合金仍然不能满足50GWd/tU以上高燃耗的要求。针对

6、这一情况，美国、法国和俄罗斯等国家开发了新型Zr-Nb系合金，传统Zr-Sn合金相比，Zr-Nb系合金具有抗吸氢能力强，耐腐蚀性能、高温性能及加工性能好等特性，能满足60GWd/tU甚至更高燃耗的要求，并可延长换料周期。这些新型锆合金已在新一代压水堆电站中获得广泛应用，如法国采用M5合金制成燃料棒，经在反应堆内辐照后表明，其性能大大优于Zr-4合金，法国砝码通公司的AFA3G燃料组件已采用M5合金作为包壳材料。近年来，西北有色金属研究院、宝钛集团和中国核动力研究设计院等单位，根据我国核电发展的要

7、求，在改进型Zr-4合金和新锆合金方面开展了研究，解决了大规格铸锭熔炼剂成分均匀化调控等技术。自主开发了N18和N36合金及其板材、管材和棒材的制备技术。国核宝钛锆业股份公司以核电锆合金加工材国产化为目标，从国外引进了全套锆合金管材生产装备，使我国生产锆合金加工材的装备水平达到了20世纪90年代国际先进水平。上海高泰稀贵金属股份有限公司也建立了一条锆管材生产线。通过对引进设备的消化、吸收及再创新，2条生产线已形成年产6.5x10m成品锆管的生产能力。随着我国核电的快速发展，锆合金加工材的需求量将

8、大幅度增长。目前，我国现有核电站每年仅更换核燃料组件就需锆合金管材100多吨。到2020年，按核能发电总容量70x10kw计，仅考虑新建反应堆首炉装料，其锆合金加工材一次性投入量将达2000t。同时考虑堆内核燃料组件的每年更换，锆合金加工材用量将稳定在1000t/a左右。....我国是世界上少数几个掌握锆合金加工材生产技术的国家之一，自主研制的Zr-4合金已成功应用于秦山核电站一期工程。但目前我国核级改合金加工材生产还没有形成完整的工业体系，与国外先进水平相比仍存在较大差距，具体表现在：尚未突破