能源材料讲稿

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1、新能源材料一、引言能源是人类社会生存与发展的重要物质基础，是现代文明的三大支柱之一。能源的可持续发展是全体人类共同愿望与奋斗目标，是推动人类社会发展的重要因素之一。目前，世界的能源消耗主要还是以煤、石油、天然气之类的矿物能源为主，在开发、采集以及利用这些矿物能源的过程中，不但严重破坏了生态环境，造成了极大的环境污染，更重要的是这些能源不可再生，矿物能源的枯竭已成为共识，人类社会目前正陷入能源危机之中。于是，科学工作者提出了资源与能源最充分利用技术和环境最小负担技术。新能源与新能源材料是这两大技术的重

2、要组成部分。新能源的发展必须靠利用新的原理来发展新的能源系统，同时还必须靠新材料的开发与利用，才能使新的系统得以实现，并提高其利用效率，降低成本。因而，发展新能源材料是解决能源危机的最根本途径。我国作为发展中大国，能源消耗很大，但能源的利用率不高，而且能源结构也不合理，目前一次能源以煤为主，到2030年煤所占比例将超过50％。我国将面临长期能源问题，因此改变我国的能源结构，大力发展新能源以及能源综合利用技术所需的材料，对于促进我国的现代化建设，增强综合国力，既具有重要的现实意义。二、新能源材料新能源

3、包括太阳能、生物质能、核能、风能、地热、海洋能等一次能源以及二次电源中的氢能等。新能源材料是发展新能源的核心和物质基础，主要是指能实现新能源的转化和利用以及发展新能源技术所需要用的关键材料。新能源材料主要包括以储氢电极合金材料为代表的镊氢电池材料，以嵌锂合金为负极和LiCoO2正极为代表的锂离子电池材料、燃料电池材料、以硅半导体材料为代表的太阳能电池材料及以铀、氘、氚为代表的反应堆核能材料等。当前研究的热点和技术前沿包括高能储氢材料、聚合物电池材料、中温固体氧化物燃料电池电解质材料、多晶薄膜太阳能电

4、池材料等。新能源材料的主要特点有：1、新能源材料能够把原来使用的能源转变成新能源，如人类使用太阳能取暖、烘干等，现在利用半导体材料可把太阳能直接转变为电能；2、新能源材料可以提高贮能效率，有效进行能量转换，如金属氢化物镍电池、锂离子电池都是靠电极材料的贮能效果和能量转化功能而发展起来的新型二次电池。本文主要介绍储氢合金、新型二次电池、燃料电池、太阳能电池以及核能材料。三、储氢材料氢能是人类未来的理想能源。氢能热值高，如燃烧1kg氢可发热1.4×105kJ，相当于3kg汽油或4.5kg焦炭的发热量；资

5、源丰富，地球表面有丰富的水资源，水中含氢量达11.1％；干净、清洁，燃烧后生成水，不产生二次污染；应用范围广，适应性强，可作为燃料电池发电，也可用于氢能汽车、化学热泵等。因此，氢能的开发和利用成为世界各国特别关注的科技领域。19氢能利用的关键是氢的制备技术和高密度的安全储存。由于氢在常温下为气体，密度很小，单位重量体积很大。目前市售的氢气一般都是在150个大气压下储存在钢瓶内，氢气的重量不到钢瓶重量的1/100。而且储存的氢是一种危险品，有爆炸的危险，很不方便。为了解决氢的储存和运输问题，人们研发了

6、相应的储氢材料，主要包括活性炭、合金化合物、无机化合物以及有机化合物四大类储氢材料，其中又以合金化合物储氢材料研究最为广泛。3.1、活性炭储氢活性炭具有较高的比表面积，尤其是优质活性炭的比表面积可达别2000m2/g以上。利用低温加压可吸附储氢。例如在-120℃、5.5MPa下，活性炭的储氢量可达4.0％(质量分数)以上。活性炭原料易得，吸附储氢和放氢操作比较简单，投资费用比较低。随着纳米技术的进步，作为20世纪末材料科学领域最重要的发现之一，人们发现富勒烯(C60)和碳纳米管(CNT)对氢气具有较

7、强的吸附作用。分析表明单层碳纳米管(SWNT)的吸氢量比活性炭(AC)高，H2在SWNT的吸附量可达5％-10％(质量分数)，有能成为新一代的储氢材料。3.2、无机化合物储氢利用某些无机化合物能和氢气发生化学反应可以储氢．然后在一定条件下又可分解放出氢。例如，H.Kramer报道了利用碳酿氢盐与甲酸盐之间相互转化的储氢技术，其吸氢和释氢反应为：释氢，70℃，0.1MPa吸氢，35℃，2.0MPa以活性炭作载体，在Pd或PdO的催化作用下，以KHCO3或NaHCO3作为储氢剂，其储氢量约为2％(质量分

8、数)。该法优点是原料易得．储存方便、安全性好。但是储氢量比较小，催化剂价格较贵。3.3、有机液体氢化物储氢其中R=H、CH4H2，供用户使用H2，制氢工厂储存、运输储存、运输催化脱氢催化加氢有机液体氢化物储氢是借助储氢载体(如苯和甲苯等)与H2的可逆反应来实现，包括催化加氢反应和催化脱氢反应。可表示为：该法储氢量大，环己烷和甲基环己烷的理论储氢量分别为7.19％和6.18％(质量分数)，比高压压缩储氢和金属氢化物储氢的实际量都大。储氢载体苯和甲苯可循环使用，其储存和运