新能源材料的应用与发展前景

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  0题目: 新能源材料的应用与发展前景 学院: 材料科学与工程学院 12013 年 11 月 26 日目 录0.摘要 ……………………………………………………………21.太阳能电池及光伏材料………………………………………………22.风电机组叶片材料……………………………………………………33.贮氢材料………………………………………………………………44.镍氢电池和锂离子电池………………………………………………54.1.镍氢电池…………………………………………………………54.1.1.镍氢电池基本简介……………………………………………64.1.2.镍氢电池电池材料……………………………………………64.1.3.镍氢电池研究进展……………………………………………74.2.锂离子电池………………………………………………………74.2.1.锂离子电池基本简介…………………………………………724.2.2.锂离子电池充放电原理及其电池材料………………………74.2.3.锂离子电池的应用前景…………………………………… 95.燃料电池 ……………………………………………………………105.1.燃料电池的基本原理及组成……………………………………105.2.燃料电池的分类…………………………………………………115.3.燃料电池的优缺点………………………………………………126. 新能源材料有待解决的课题………………………………………127.参考文献 ……………………………………………………………12摘要人类社会对能源的需求持续增长,能源需求结构也在发生变化,与此同时人类又面临着矿物能源环境污染和枯竭的难题,这一切都激励着新能源的出现和发展。太阳能、氢能、核能、生物能、风能、地热能、海洋能等被认为是新能源,但它们必须依靠新材料的开发与应用才能得以实现,并进一步提高效率、降低成本。新能源材料就是用于新能源生产、转换和应用所需的材料。新能源材料有以下特点:1.新材料把原来已经使用的能源变成新能源,更便于使用;2.一些新材料可提高储能和能量转化效果;3.新材料保障了核反应堆等新能源的安全;4.材料工艺决定着新能源的成本。Abstract3Human society’s demand for energy continued growth, energy demand structure is changing, at the same time the human faces pollution and depletion of fossil energy environment problem, this all motivated the emergence of new energy and development. Solar energy, hydrogen energy, nuclear energy, bio energy, wind energy, geothermal energy, ocean energy is considered to be a new energy, but they must rely on the development and application of the new materials can be realized, and further improve efficiency, reduce costs. Shinno source material for ability of Industrial sources, Change sum Application required plant material. Shinno source material have the following Features:1. New materials have used the original energy into new energy sources, easier to use;2. Some new materials to improve energy storage and energy conversion effect;3. New materials to protect the safety of nuclear reactors and other new energy;4. Materials technology determines the cost of new energy sources.关键词:太阳能电池 贮氢材料 风电机叶片 镍氢电池 锂离子电池 燃料电池1.太阳能电池及光伏材料我国地面接收的太阳能资源非常丰富,辐射总量为3340~8400(MJ/m2)/a,主要分布在我国的西北、华北以及云南中部和西部、广东东南部、福建东南部、海南岛东部和台湾西南部等地区。太阳照射到地面的能量相当于全球能耗的数万倍,既无污染,又是永久性能源。但太阳辐射到地球的能量密度太低,还受时间、气候的影响。尽管太阳能利用成本较高,在某些日照时间长、居民分散度大的地区建立太阳能电站还是有意义的。我国西部地区日照好、居民分散,适合发展太阳能。建立新能源未来太阳能的大规模利用是用来发电。利用太阳能发电的方式有多种。已实用的主要有以下两种。 ① 光—热—电转换。即利用太阳辐射所产生的热能发电。一般是用太阳能集热器将所吸收的热能转换为工质的蒸汽,然后由蒸汽驱动气轮机带动发电机发电。 前一过程为光—热转换,后一过程为热—电转换。②光—电转换。其基本原理是利用光生伏特效应将太阳辐射能直接转换为电能,它的基本装置是太阳能电池。 光伏材料是能将太阳能直接转换成电能的材料,光伏材料又称太阳电池材料,只有半导体材料具有这种功能。可做太阳电池材料的材料有可做太阳电池材料的材料有单晶硅、多晶硅、非晶硅、GaAs、GaAlAs、InP、Cds、CdTe等。表1是几种常见光伏材料特性一览表。表 1 几种常见光伏材料特性类型 光电转换效率 优点 缺点 普及情况单晶硅太阳能电池15%~24% 光电转换效率最高,坚固耐用制作成本很大 主要用于空间技术多晶硅太阳能电池约 12% 材料制造简便,节约电耗,总的生产成本较低光电转换率和寿命比单晶硅太阳能电池低得到大量发展4非晶硅太阳能电池10% 工艺过程大大简化,硅材料消耗很少,电耗更低,在弱光条件也能发电光电转换效率偏低,且不够稳定,随着时间的延长,其转换效率衰减多元化合物太阳电池18%左右 用多种元素半导体制成的,可扩大太阳能吸收光谱范围,光电转换率高达 18%。正在研究设计目前致力于降低材料成本和提高转换效率,使太阳电池的电力价格与火力发电的电力价格竞争,从而为更广泛更大规模应用创造条件。太阳能电池中,材料费占成本的60% ~ 80 %。因此,发展厚度仅1 ~ 2μm的非晶薄膜(相对于50 μm的多晶硅膜)对节约材料和费用具有显著的意义。近年来正在研制便于大规模制造的燃料纳米半导体材料及有机光伏转换薄膜。2.风电机组叶片材料太阳能在地面上约 2%转变为风能,全球风力用于发电功率可达 11.3 万亿kW,很有

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