新能源材料

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　　新能源材料是指實現新能源的轉化和利用以及發展新能源技術中所要用到的關鍵材料,它是發展新能源的核心和基礎。

　　為了發揮材料的作用，新能源材料面臨著艱巨的任務。作為材料科學與工程的重要組成部分，新能源材料的主要研究內容同樣也是材料的組成與結構、製備與加工工藝、材料的性質、材料的使用效能以及它們四者的關係。結合新能源材料的特點，新能源材料研究開發的重點有以下幾方面:

　　(1)研究新材料、新結構、新效應以提高能量的利用效率與轉換效率

　　例如，研究不同的電解質與催化劑以提高燃料電池的轉換效率，研究不同的半導體材料及各種結構(包括異質結、量子阱)以提高大陽電池的效率、壽命與耐輻照性能等。

　　(2)資源的合理利用

　　新能源的大量應用必然涉及到新材料所需原料的資源問題。例如，太陽電池若能部分地取代常規發電，所需的半導體材料要在百萬噸以上，對一些元素(如鎵、銦等)而言是無法滿足的。因此一方面儘量利用豐度高的元素，如硅等；另一方面實現薄膜化以減少材料的用量。又例如，燃料電池要使用鉑作觸媒，其取代或節約是大量應用中必須解決的課題。當新能源發展到一定規模時，還必須考慮廢料中有價元素的回收工藝與迴圈使用。

　　(3)安全與環境保護

　　這是新能源能否大規模應用的關鍵。例如，鋰電池具有優良的性能，但由於鋰二次電池在應用中出現過因短路造成的燒傷事件，以及金屬鋰因性質活潑而易於著火燃燒，因而影響了應用。為此，研究出用碳素體等作負極載體的鋰離子電池，使上述問題得以避免，現已成為發展速度最快的二次電池。另外有些新能源材料在生產過程中也會產生三廢而對環境造成污染；還有服務期滿後的廢棄物，如核能廢棄物，會對環境造成污染。這些都是新能源材料科學與工程必須解決的問題。

　　(4)材料規模生產的製作與加工工藝

　　在新能源的研究開發階段，材料組成與結構的優化是研究的重點，而材料的製作和加工常使用現成的工藝與設備。到了工程化的階段，材料的製作和加工工藝與設備就成為關鍵的因素。在許多情況下，需要開髮針對新能源材料的專用工藝與設備以滿足材料產業化的要求。這些情況包括：①大的處理量；②高的成品率；③高的勞動生產率；④材料及部件的質量參數的一致性、可靠性；⑤環保及勞動防護；⑥低成本。

　　(5)延長材料的使用壽命

　　現代的發電技術、內燃機技術是眾多科學家與工程師在幾十年到上百年間的研究開發成果。用新能源及其裝置對這些技術進行取代所遇到的最大問題是成本有無競爭性。從材料的角度考慮，要降低成本，一方面要靠從上述各研究開發要點方面進行努力；另一方面還要靠延長材料的使用壽命。這方面的潛力是很大的。這要從解決材料性能退化的原理著手，採取相應措施，包括選擇材料的合理組成或結構、材料的錶面改性等；並要選擇合理的使用條件，如降低燃料中的有害雜質含量以提高燃料電池催化劑的壽命就是一個明顯的例子。

　　從我國能源資源的總體情況看，其特點可以概括為：總量較豐，人均較低，分佈不均，開發較難。而這種能源結構特征必然導致高能耗的能源利用，這也必將導致以犧牲環境為代價的錶面經濟增長。能源的轉型是國家經濟轉型的關鍵環節，也是社會進步的重要標誌。實現低碳化的、有序的能源結構是中國能源戰略定位的根本。

　　新能源材料和生態環境材料的出現給能源和環境的矛盾問題的解決帶來了希望，這是由新能源材料及生態環境材料的優越特性所決定的。新能源包括核能、太陽能、生物質能、海洋能、地熱能、氫能和風能等．因其發展潛力大、環境污染低、可持續利用等諸多優點，得到普遍重視與大力發展。具有豐富新能源的我國，在新能源的開發利用上也呈現出方興未艾的局面。

　　我國利用新能源的歷史可以追溯到上世紀80年代，現在越來越多的資金涌入該領域。能源材料大體可分為燃料、能源結構材料、能源功能材料等幾類。目前比較重要的新能源材料有：

　　(1)裂變反應堆材料；

　　(2)聚變堆材料；

　　(3)高能推進劑；

　　(4)燃料電池材料；

　　(5)氫能源材料；

　　(6)超導材料；

　　(7)太陽能電池材料；

　　(8)其他新能源材料，如風能、地熱、磁流體發電技術中所需的材料等。

　　近年來，我國新能源發展吸引的投資，約占世界新能源總投資的1／5。預計今後十幾年裡，風能、太陽能等新能源極有可能在我國發展成為規模上千億美元的“巨大蛋糕”。在國際油價持續高位震蕩和環保壓力下，新能源自身的優點更加增添了其發展的“籌碼”。專家測算，到2015年。我國新能源的利用將減少3000多萬噸二氧化碳的溫室氣體以及200多萬噸二氧化硫等污染物的排放。提供近數十萬個就業崗位，為數百萬戶邊遠地區農牧民解決無電問題，不僅可以緩解能源短缺問題，而且有助於我國的可持續發展。