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新能源材料的任務及開發重點


發布者:怡成電器   發布時間:2014-2-9 11:22:40

    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徉也是材料的組成與結構、制備與加工工藝、材料的性質、材料的使用效能以及它們四者的關系。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)以提高太陽電池的效率、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(如稼、銦等)而言是無法滿足的。因此一方面盡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的規模時,還必須考慮廢料中有價元
素的回收工藝與循環使用。
    (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,但由于97-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于著火燃燒,因而影響了應用。為此,研究出用炭索體等作負極載體的鏗離子電池,使上述問題得以避免,現已成為發展速度快的二次電他。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;還有服務期滿后的廢棄物,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)材料規模生產的制作與加工工藝: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,而材料的制作和加工常使用現成的工藝與設備。到了工程化的階段,材料的制作和加工工藝與設備就成為關鍵的因素。在許多情況下,需要開發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:大的處理量、高的成品率、高的生產率、材料及部件的質量參數的一致性、環保及勞動防護、低成本等
    例如,在金屬氧化物鎳電池生產中開發多孔態鎳材的制作技術、開發銼離子電池的電
極膜片制作技術等。在太陽電池方面,為了進一步降低成本,美國能源部撥??罱⒎Q之為“光伏生產工藝(Photovoltaic Menufecmdng TechnoIogy)的項目,力求通過完善大規摸生產工藝與設備使太陽電池發電的成本能與常規發電相比擬。
    (5)延長材料的使用壽命:現代的發電技術、內燃機技術使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大
問題是成本有無竟爭性。從材料的角度考慮,要講的成本,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人手,采取相應措施,包括選擇材料的合理組成或結構、材料的表面改性等,并要選擇合理的使用條件。

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