新能源材料概论

新能源材料与器件概论一、课程说明课程编号：050302X10课程名称：新能源材料与器件概论/The Introduction of New Energy Materials and Devices课程类别：专业教育课程学时/学分：32学时/2学分先修课程：大学物理、无机化学适用专业：新能源材料与器件教材、教学参考书：1.陈军主编.新能源材料.北京：化学工业出版社.2003 年；2.托马斯B.雷迪(Thomas B.Reddy) (编者). 汪继强(译）.电池手册. 北京：化学工业出版社.2013年；3.李景虹编著.先进电池材料. 北京：化学工业出版社.2004年；4.朱继平主编.新能源材料技术. 北京：化学工业出版社第1版.2015年；5.陆天虹主编.能源电化学. 北京：化学工业出版社.2014年；6.义夫正树主编.锂离子电池:科学与技术. 北京：化学工业出版社.2015年。

二、课程设置的目的意义新能源技术是21世纪世界经济发展中最具有决定性影响的五个技术领域之一，新能源材料与器件是实现新能源的转化和利用以及发展新能源技术的关键能源和材料是社会发展的物质基础。

新能源、新材料已列入国家战略性新兴产业。

新能源开发和有效利用的关键之一是与其相应的材料及器件。

新能源材料与器件涉及到材料、物理、化学、电子、机械等多学科交叉等相对复杂的高技术，这方面的高技术人才相对缺乏。

《新能源材料与器件导论》是一门理论和实践性都较强的课程。

通过该课程的学习，使学生能够系统的掌握新能源（二次电池、热能、氢能、太阳能、燃料电池等）材料及器件基本理论、基本知识和工程技术技能，掌握新能源材料组成、结构、性能的测试技术与分析方法及各种新材料在能源转换中的应用，存在的问题，了解新能源材料科学的发展方向。

三、课程的基本要求知识要求：通过本课程的学习, 使学生们学习和掌握目前新能源的种类及其能量利用形式, 学习和掌握各种新能源利用过程中所涉及的能量转换过程，学习和掌握新能源利用中的关键材料及其器件制造方法。

新能源材料概论课程建设实践与思考当前世界经济的现代化得益于传统化石能源如石油、天然气、煤炭的广泛应用，因此可以说世界经济是建立在化石能源基础之上的经济。

然而这一资源载体将在21世纪上半叶迅速地接近枯竭，大力发展新能源取代传统化石能源，进行一场新的工业革命，不仅是出于人类生存的基本需求，更是世界经济获得可持续发展的必然需要。

[1，2]因此新能源技术必将是21世纪世界经济发展中最具有决定性影响的五个技术领域之一，而新能源材料与器件是实现新能源的转化和利用以及发展新能源技术的关键。

新能源材料与器件本科专业是为适应我国新能源、新材料、新能源汽车、节能环保、高端装备制造等国家战略性新兴产业发展需要而设置。

教育部于2021年公布的战略性新兴产业相关专业是由材料、物理、化学、电子、机械等多学科交叉，以能量转换与存储材料及其器件设计、制备工程技术为培养特色的战略性新兴产业紧缺专业。

[3，4]尽管我国多所高校以前有与新能源材料与器件相关方向的专业进行人才培养，但是作为一个进行系统人才培养的新专业，其相关专业课程的建设是相对滞后的，因此设立该专业的各高校均或多或少面临该专业的课程建设问题。

尤其较多学校均把新能源材料概论作为该专业的重要专业基础课程，因此建设好新能源材料概论课程对于该专业的专业建设和人才培养具有重要意义。

一、新能源材料概论课程在专业培养体系中的地位成都理工大学新能源材料与器件专业的培养目标是：培养适应国家战略性新兴产业需要，具备坚实的材料、物理、化学、电子、机械等学科基础，系统掌握新能源材料、新能源器件设计与制造工艺、测试技术与质量评价、新能源系统与工程等方面的专业基本理论与基本技能的应用研究型人才。

为达到这一专业培养目标，所构建的课程体系中，新能源材料概论课程处于联系该专业的学科基础课程（如高等数学、大学物理、大学化学等）与专业核心课程（如材料科学基础、半导体物理与器件、新能源转换与控制技术等）的重要位置，也是该专业同学接触专业方向内容的第一门专业课程。

新能源材料概论范文新能源材料是指在新能源领域发挥重要作用的一类材料。

随着全球能源环境问题的日益严峻，人们对于新能源的研究和应用越来越重视，这也促使了新能源材料的发展。

新能源材料具有高效、可再生和环境友好等特点，被广泛应用于太阳能、风能、水能等新能源的开发和利用。

首先，太阳能是一种广泛使用的新能源形式。

太阳能是指将太阳的辐射能转化为电能或热能的能源形式。

太阳能电池是太阳能的主要利用形式之一，通过半导体材料吸收太阳辐射能，将其转化为电能。

硅是目前太阳能电池最常用的材料，但是硅太阳能电池的转化效率有限，需要不断寻找更高效的新能源材料。

其次，风能是另一种常见的新能源形式。

风能是指利用风的动力将风能转化为电能的能源形式。

风力发电机是利用风能进行发电的装置，其中叶片是关键的部件。

传统的风力发电机叶片多采用玻璃纤维增强复合材料制造，但是这种材料存在重量大、寿命短等问题。

近年来，一些新能源材料如碳纤维复合材料、聚合物复合材料等逐渐应用于风力发电机叶片中，以提高其强度和耐久性。

此外，水能也是一种常见的新能源形式。

水能是指将水的动能转化为电能的能源形式，一般通过水力发电机实现。

水力发电机的转子是关键的部件，材料的选择对于提高水力发电机的性能至关重要。

传统的水力发电机转子多采用钢材制造，但是钢材存在重量大、寿命短等问题。

新能源材料如杂化材料、陶瓷材料等可以替代传统材料，具有更轻、更耐用等优点。

在新能源材料的研究和应用过程中，还面临一些挑战。

首先是材料的研发难度较大。

新能源材料需要同时具备较高的能量转化效率和较低的成本，这对于材料的研发提出了更高的要求。

其次是材料的可持续性问题。

新能源材料的生产和回收过程对环境造成一定压力，需要找到更加环保的生产和回收方式。

此外，新能源材料的推广应用也面临一定的技术壁垒和市场竞争。

综上所述，新能源材料具有重要的应用价值和发展潜力。

随着人们对于新能源的需求不断增加，对于新能源材料的研究和应用也将越来越广泛。

第一章 新能源材料概论1.能源定义：可以直接或间接提供人类所需的光、热、电、动力等任何形式的载能体资源。

2.地球能量的来源和分类（P1）3.我国能源的利用特点（1）能源资源相对短缺。

（2）石油资源不足。

（3）能源生产和消费以煤炭为主：消费总量占70%左右，污染大，利用率低。

（4）能源利用效率低，清洁能源和新能源利用率不高。

4.我国能源工业面临的问题与改善措施面临为题：(1)环境污染严重； (2)人均能耗水平低； (3)能源建设周期长，耗能多；(4)新能源占的比例少； (5)能源工业装备落后。

改善措施：（1）改善能源结构；（2）提高能源利用率；（3）加速实施洁净煤技术；（4）合理利用石油和天然气；（5）加快电力发展速度； （6）积极开发利用新能源；（7）建立合理的农村能源结构，扭转农村严重缺能局面；（8）改善城市民用能源结构，提高居民生活质量； （9）重视能源的环境保护。

5.燃料电池：一种直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效地转化为电能的发电装置。

6.能源材料：实现能源的转化和利用，以及发展能源技术所涉及的关键材料。

与能源开发、运输、转换和利用等相关的材料都属于能源材料。

7.材料对能源的影响（1）材料产生新能源 （2）材料提高储能和能源的转换效率（3）新材料决定能源技术的利用和安全性 （4）材料的组成、结构、制作和加工工艺决定新能源的投资和运营成本。

（5）清洁材料是清洁能源与能源技术的基础。

8.能源材料的种类（1）按材料种类和使用用途来分：燃料；能源结构材料；能源功能材料。

（2）按使用目的分：能源工业材料；新能源材料；节能材料；储能材料等。

9.温室效应解决方法：（1）减少化石能源利用； （2）地球绿化面积扩大（3）CO 2泵入地下(废矿井、含砂层、页岩)，一座100万千瓦电厂，10年内可贮存6000万吨CO 2（4）通过催化剂与生物工程CO 2＋H 2O →→粮食第二章 太阳能一、太阳1.太阳是一个能发光发热的天体，发出的光和热叫做太阳能。

新能源材料Chapter 1 绪论一、能源分类能源能够分为一次能源和二次能源。

一次能源是指直接取自自然界没有通过加工转换的各类能量和资源，它包括：原煤、原油、天然气、油页岩、核能、太阳能、水力、风力、波浪能、潮汐能、地热、生物质能和海洋温差能等等。

由一次能源通过加工转换以后取得的能源产品，称为二次能源，例如：电力、蒸汽、煤气、汽油、柴油、重油、液化石油气、酒精、沼气、氢气和焦炭等等。

一次能源能够进一步分为再生能源和非再生能源两大类。

再生能源包括太阳能、水力、风力、生物质能、波浪能、潮汐能、海洋温差能等等。

它们在自然界能够循环再生。

而非再生能源包括：的煤、原油、天然气、油页岩、核能等，它们是不能再生的，用掉一点，便少一点。

表1 能源的分类二、新能源概念新能源是相关于常规能源而言，以采纳新技术和新材料而取得的，在新技术基础上系统地开发利用的能源，如太阳能、风能、海洋能、地热能等。

与常规能源相较，新能源生产规模较小，利用范围较窄。

常规能源与新能源的划分是相对的。

如核能曾被以为是新能源，此刻已被以为是常规能源；太阳能和风能被利用的历史比核能要早许多世纪，由于还需要通过系统研究和开发才能提高利用效率、扩大利用范围，因此此刻把它们列入新能源。

目前各国对这种能源的称呼有所不同，可是一起的熟悉是，除常规的化石能源和核能之外，其他能源都可称为新能源或可再生能源，要紧为太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能、氢能和水能。

三、新能源材料基础能源材料是材料学科的一个重要研究方向，有的学者将能源材料划分为新能源技术材料、能量转换与储能材料和节能材料等。

综合国内外的一些观点，咱们以为新能源材料是指实现新能源的转化和利用和进展新能源技术中所要用到的关键材料，是进展新能源技术的核心和其应用的基础。

从材料学的本质和能源进展的观点看，能贮存和有效利用现有传统能源的新型材料也能够归属为新能源材料。

新能源材料覆盖了镍氢电池材料、锂离子电池材料、燃料电池材料、太阳能电池材料、反映堆核能材料、进展生物质能所需的重点材料、新型相谈储能和节能材料等。

新能源材料一、概述1、新能源是相对于常规能源而言，以采用新技术和新材料而获得的，在新技术基础上系统地开发利用的能源。

2、新能源：除常规的化石能源和核能之外，其他的能源都可称为新能源或可再生能源。

3、包括：氢能、风能、水能、核能、太阳能、地热能、海洋能、可燃冰、生物质能。

4、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，它是发展新能源技术的核心和其应用的基础。

从材料学的本质和能源发展的观点看，能储存和有效利用现有传统能源的新型材料也可以归属为新能源材料。

新能源材料是指支撑新能源发展，具有能量储存盒转换功能的功能材料或结构功能一体化材料。

二、金属氢化物镍电池材料5、金属氢化物镍电池工作原理：金属氢化物镍电池的正极活性物质采用氢氧化镍，负极活性物质为储氢合金，电解液为碱性水溶液（如氢氧化钾溶液），其基本电极反应为：正极：Ni （OH ）2 + OH - ⇌ NiOOH + H 2O + e -负极：M + H 2O + e -⇌ MH + OH -电池总反应： Ni （OH ）2 + M ⇌ NiOOH + MH电池的充放电过程可以看作是氢原子或质子从一个电极移到另一个电极的往复过程。

在充电过程中，通过水在电极表面上生成的氢不是以气态分子氢形式逸出，而是电解水生成的原子氢直接被储氢合金吸收，并向储氢合金内部扩散，进入并占据合金的晶格间隙，形成金属氢化物。

6、MH-Ni 电池的核心技术是负极材料—储氢合金。

7、目前研究的储氢合金负极材料主要有AB 5型稀土镍系储氢合金、AB 2型Laves 相合金、A 2B 型镁基储氢合金以及V 基固溶体型合金等类型。

放电充电放电充电充电放电8、负极材料：（1）AB 5型混合稀土系统储氢电极合金（LaNi 5H 6） （2）AB 2型Laves 相储氢电极合金（TiMn 2H 3、ZrMn 2H 3）（3）其他新型高容量储氢合金电极材料：Mg-Ni 系非晶合金电极材料（Mg 2NiH 4）、V 基固溶体型合金电极材料（V 0.8Ti 0.2H 0.8）、Ti 系AB 型储氢合金电极材料（TiFeH 2、TiCoH 2）、V 基BCC 固溶体储氢合金电极材料、AB 3型储氢合金电极材料。

新能源材料概述整体来看，新能源材料是一个非常有趣且重要的领域呢。

大致分这几个部分，首先得了解什么是新能源。

新能源就是区别于传统化石能源，像太阳能、风能、水能、生物能等这些可再生、清洁的能源。

那新能源材料呢，就是和这些新能源的开发利用紧密相关的材料。

从太阳能方面讲，主要包括硅材料等。

硅是制造太阳能电池的关键材料。

比如说单晶硅，它的纯度很高，能够高效地把太阳能转化为电能。

多晶硅也广泛应用于太阳能光伏产业，虽然效率比单晶硅略低一点，但成本也低一些，这就非常符合大规模商业化应用的需求。

这就是新能源材料在太阳能领域的典型例子。

风能这块呢，风电叶片的材料就很关键，像玻璃纤维增强复合材料。

它要具备高强度和轻重量的特点，这样才能在风力的吹动下，有效地带动发电机发电。

再说说锂电池这类新能源材料，它与新能源汽车等领域息息相关。

锂电池中的正极材料、负极材料、电解液等每个部分都非常重要。

例如，正极材料有钴酸锂、磷酸铁锂等不同类型，它们的性能特点决定了锂电池的蓄电能力、安全性等关键因素。

磷酸铁锂安全性较好，应用在很多对安全性要求较高的新能源汽车上。

还有氢能相关的材料，像储氢材料，它关系到氢气的存储和运输。

这是一个比较新的研究方向，目前有很多种储氢材料在研究阶段，像金属氢化物储氢材料等。

核心内容是新能源材料都是为了提高新能源的利用效率、降低成本、增强安全性，使得新能源能更好地商业化并走进人们的生活。

对了还有个方面，随着研究的不断发展和深入，很多新能源材料会不断优化甚至被全新的材料所替代，这就是这个领域不断进步的魅力所在。

总的来说，通过这些具体的例子去理解新能源材料的每个部分，就能比较好地掌握它的整体框架，也能明白各个部分之间是怎么联系起来为新能源这个大的战略需求服务的。

《新能源材料概论》课程教学大纲一、课程基本信息课程编号：13103213课程类别：专业选修课适应专业：材料物理总学时：36总学分： 2课程简介：本课程介绍了新能源材料的基础与应用。

具体内容包括：绪论，新型储能材料，锂离子电池材料，燃料电池材料，太阳能电池材料基础与应用，其他新能源材料。

《新能源材料概论》是新能源材料领域综合和前沿知识的论述。

基础理论描述清晰而精炼，突出新能源材料领域涉及的方方面面，有助于推动新能源学科的发展，促进新能源技术与工程的研究。

通过本课程的学习，以拓宽学生的知识面、培养实践技能与创新能力，培养新能源科学与技术发展所需的合格和创新性人才。

授课教材：《新能源材料:基础与应用》, 艾德生、高喆，化学工业出版社, 2010年。

参考书目：[1]《新能源材料》，吴其胜，华东理工大学出版社，2012年。

[2]《新能源概论》，王革华、艾德生，化学工业出版社，2012年。

[3]《新能源技术》，翟秀静、刘奎仁、韩庆，化学工业出版社，2010年。

二、课程教育目标本课程涉及内容广泛，要求学生在学习时，注重掌握新能源材料的基本特征和基本类型，理解新能源材料的基本性质，熟悉新能源材料的一些基本制备方法，了解新能源材料的实际应用，了解新能源材料的研究现状、理解新能源材料的主要任务及面临的课题，了角新能源材料研究未来发展前景。

三、教学内容与要求第一章绪论教学重点：掌握新能源材料的基本特征，掌握新能源材料的基本分类教学难点：新能源材料在国民经济中的地位和面临的挑战教学时数：2学时教学内容：掌握新能源材料的基本特征，掌握新能源材料的基本分类，了解新能源材料的基本应用和研究主要进展。

教学方式：课堂讲授教学要求：（1）掌握新能源材料的基本特征，掌握新能源材料的基本分类。

（2）了解新能源材料的基本应用和研究主要进展。

第二章新型二次电池材料教学重点：掌握镍氢电池的基本结构和工作原理，了解镍氢电池对正极材料的基本要求，理解储氢材料在镍氢电池在基本用途和基本要求，掌握几种常见储氢合金的基本特征、基本性质和研究动态。

新能源材料概论王小敏
新能源材料概论是新能源与新材料结合的产物。

新能源成为国际上热门的研究领域，得到了突飞猛进的发展，各种新材料的研制成功，使生产成本不断降低，能量效率不断提高，使锂离子电池、氢燃料电池、液流电池等储能体系从研发阶段走入人们生活当中。

这些储能电池是怎样工作的呢？它们每个组成是怎样和谐相处的呢？在各个组
成中，新材料是否起关键性作用呢？
在储能电池中,电极材料是关键组成部分,不同成分、不同结构的电极材料对电解液中的离子导电电子具有不同的吸附传输能力，对整个储能体系的能量密度、功率密度及循环稳定性等性能指标有至关重要的影响。

本课程通过比较同一储能体系中电极材料的成分、结构对电化学性能的影响，认识其构效关系和性能优化机制，知道通过什么样的制备工艺可以获得具有精准成分和精细结构的电极材料。

电解液是储能电池的血液，它不仅影响离子电子的迁移速度，还对储能电池的能量密度和循环性能产生极大影响。

选择与电极材料相匹配的电解液是实现高性能储能电池的关键，需要认识各种电解液的性能和与电极材料之间的协同关系。