新能源材料

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　　新能源材料是指实现新能源的转化和利用以及发展新能源技术中所要用到的关键材料,它是发展新能源的核心和基础。

　　为了发挥材料的作用，新能源材料面临着艰巨的任务。作为材料科学与工程的重要组成部分，新能源材料的主要研究内容同样也是材料的组成与结构、制备与加工工艺、材料的性质、材料的使用效能以及它们四者的关系。结合新能源材料的特点，新能源材料研究开发的重点有以下几方面:

　　(1)研究新材料、新结构、新效应以提高能量的利用效率与转换效率

　　例如，研究不同的电解质与催化剂以提高燃料电池的转换效率，研究不同的半导体材料及各种结构(包括异质结、量子阱)以提高大阳电池的效率、寿命与耐辐照性能等。

　　(2)资源的合理利用

　　新能源的大量应用必然涉及到新材料所需原料的资源问题。例如，太阳电池若能部分地取代常规发电，所需的半导体材料要在百万吨以上，对一些元素(如镓、铟等)而言是无法满足的。因此一方面尽量利用丰度高的元素，如硅等；另一方面实现薄膜化以减少材料的用量。又例如，燃料电池要使用铂作触媒，其取代或节约是大量应用中必须解决的课题。当新能源发展到一定规模时，还必须考虑废料中有价元素的回收工艺与循环使用。

　　(3)安全与环境保护

　　这是新能源能否大规模应用的关键。例如，锂电池具有优良的性能，但由于锂二次电池在应用中出现过因短路造成的烧伤事件，以及金属锂因性质活泼而易于着火燃烧，因而影响了应用。为此，研究出用碳素体等作负极载体的锂离子电池，使上述问题得以避免，现已成为发展速度最快的二次电池。另外有些新能源材料在生产过程中也会产生三废而对环境造成污染；还有服务期满后的废弃物，如核能废弃物，会对环境造成污染。这些都是新能源材料科学与工程必须解决的问题。

　　(4)材料规模生产的制作与加工工艺

　　在新能源的研究开发阶段，材料组成与结构的优化是研究的重点，而材料的制作和加工常使用现成的工艺与设备。到了工程化的阶段，材料的制作和加工工艺与设备就成为关键的因素。在许多情况下，需要开发针对新能源材料的专用工艺与设备以满足材料产业化的要求。这些情况包括：①大的处理量；②高的成品率；③高的劳动生产率；④材料及部件的质量参数的一致性、可靠性；⑤环保及劳动防护；⑥低成本。

　　(5)延长材料的使用寿命

　　现代的发电技术、内燃机技术是众多科学家与工程师在几十年到上百年间的研究开发成果。用新能源及其装置对这些技术进行取代所遇到的最大问题是成本有无竞争性。从材料的角度考虑，要降低成本，一方面要靠从上述各研究开发要点方面进行努力；另一方面还要靠延长材料的使用寿命。这方面的潜力是很大的。这要从解决材料性能退化的原理着手，采取相应措施，包括选择材料的合理组成或结构、材料的表面改性等；并要选择合理的使用条件，如降低燃料中的有害杂质含量以提高燃料电池催化剂的寿命就是一个明显的例子。

　　从我国能源资源的总体情况看，其特点可以概括为：总量较丰，人均较低，分布不均，开发较难。而这种能源结构特征必然导致高能耗的能源利用，这也必将导致以牺牲环境为代价的表面经济增长。能源的转型是国家经济转型的关键环节，也是社会进步的重要标志。实现低碳化的、有序的能源结构是中国能源战略定位的根本。

　　新能源材料和生态环境材料的出现给能源和环境的矛盾问题的解决带来了希望，这是由新能源材料及生态环境材料的优越特性所决定的。新能源包括核能、太阳能、生物质能、海洋能、地热能、氢能和风能等．因其发展潜力大、环境污染低、可持续利用等诸多优点，得到普遍重视与大力发展。具有丰富新能源的我国，在新能源的开发利用上也呈现出方兴未艾的局面。

　　我国利用新能源的历史可以追溯到上世纪80年代，现在越来越多的资金涌入该领域。能源材料大体可分为燃料、能源结构材料、能源功能材料等几类。目前比较重要的新能源材料有：

　　(1)裂变反应堆材料；

　　(2)聚变堆材料；

　　(3)高能推进剂；

　　(4)燃料电池材料；

　　(5)氢能源材料；

　　(6)超导材料；

　　(7)太阳能电池材料；

　　(8)其他新能源材料，如风能、地热、磁流体发电技术中所需的材料等。

　　近年来，我国新能源发展吸引的投资，约占世界新能源总投资的1／5。预计今后十几年里，风能、太阳能等新能源极有可能在我国发展成为规模上千亿美元的“巨大蛋糕”。在国际油价持续高位震荡和环保压力下，新能源自身的优点更加增添了其发展的“筹码”。专家测算，到2015年。我国新能源的利用将减少3000多万吨二氧化碳的温室气体以及200多万吨二氧化硫等污染物的排放。提供近数十万个就业岗位，为数百万户边远地区农牧民解决无电问题，不仅可以缓解能源短缺问题，而且有助于我国的可持续发展。