新能源材料概论9787561874813

第1章 绪论

1.1 新能源的定义

1.2 新能源的类型

1.3 新能源材料

1.4 我国发展新能源技术和产业的政策

1.5 本书的主要内容

参考文献

第2章 新能源材料的分类

2.1 锂离子电池材料

2.2 核能材料

2.3 风能材料

2.4 太阳能电池材料

2.5 热电材料

2.6 燃料电池材料

2.7 储氢材料

2.8 生物质能材料

2.9 超导材料

参考文献

第3章 锂离子电池概述

3.1 锂离子电池的发展史

3.2 锂离子电池的特点

3.3 锂离子电池的工作原理

3.4 锂离子电池的结构及分类

3.5 电解质

3.6 隔膜

参考文献

第4章 锂离子电池负极材料

4.1 负极材料简介

4.2 嵌入型负极材料

4.3 合金型负极材料

4.4 转化型负极材料

参考文献

第5章 锂离子电池正极材料

5.1 钴酸锂正极材料

5.2 磷酸铁锂正极材料

5.3 三元正极材料

5.4 锰酸锂正极材料

5.5 其他正极材料

参考文献

第6章 超级电容器材料

6.1 超级电容器简介

6.2 超级电容器的分类与储能机制

6.3 超级电容器电容材料

参考文献

第7章 太阳能电池材料

7.1 太阳能光伏发电概述

7.2 太阳能电池理论基础

7.3 晶体硅太阳能电池材料

7.4 薄膜太阳能电池材料

7.5 钙钛矿太阳能电池材料

参考文献

第8章 储氢材料

8.1 氢能概述

8.2 储氢材料

8.3 氢能的发展前景

参考文献

第9章 燃料电池材料

9.1 燃料电池的结构、分类和原理

9.2 燃料电池的特性

9.3 五种燃料电池介绍

9.4 燃料电池的未来发展

参考文献

第10章 核能材料

10.1 核能材料的产业背景及重要地位

10.2 我国核能材料产业现状及存在问题

10.3 发展核能材料的主要任务及国外经验

10.4 加速发展核能材料的对策和建议

10.5 未来核能发展展望

参考文献

第11章 生物质能材料

11.1 生物质能概述

11.2 生物质能转化技术

11.3 生物质能的发展前景

参考文献

第12章 复合材料及其在新能源领域的应用

12.1 复合材料简介

12.2 复合材料的分类

12.3 复合材料在新能源领域的应用

参考文献

第13章 纳米材料在锂离子电池中的应用

13.1 纳米材料作为锂离子电池电极材料的优缺点

13.2 纳米材料在锂离子电池电极材料中的应用

13.3 多维自组装结构

13.4 核壳/蛋黄壳结构

13.5 多孔结构

参考文献

第14章 石墨烯材料应用

14.1 石墨烯材料简介

14.2 石墨烯材料的制备方法

14.3 石墨烯材料在新能源领域的应用

参考文献

第15章 新能源材料学的未来发展

15.1 新能源发展的未来趋势

15.2 新能源材料学的发展模式

15.3 对新能源材料学发展的预期

第1章绪论

1.1新能源的定义

1980年召开的联合国新能源和可再生能源会议提出,以新技术和新材料为基础,使传统的可再生能源得到现代化的开发和利用,用取之不尽、周而复始的可再生能源取代资源有限、对环境有污染的化石能源。会议还提出,重点开发太阳能、风能、生物质能、潮汐能、地热能、氢能和核能(原子能)。

新能源一般是指在新技术基础上加以开发利用的可再生能源,包括太阳能、生物质能风能、地热能、波浪能和潮汐能,以及海水温差能等。此外,氢能、沼气、酒精、甲醇等,以及携带和利用电能的载体,例如锂离子电池等,也属于新能源范畴国。而已经广泛利用的煤炭、石油、天然气、水力等能源,称为常规能源。随着常规能源有限性问题以及环境问题的日益突出,以环保和可再生为特质的新能源越来越受到各国的重视。

在中国可以形成产业的新能源主要包括风能、生物质能、太阳能、地热能、电化学储能等，它们都是可循环利用的清洁能源。新能源产业的发展既是整个能源供应系统的有效补充手段,也是环境治理和生态保护的重要措施,是满足人类社会可持续发展需要的最终能源选择。

一般来说,常规能源是指技术上比较成熟且已被大规模利用的能源,而新能源通常是指尚未大规模利用、正在积极研究开发的能源。因此,煤炭、石油、天然气以及大中型水电都被看作常规能源,而太阳能、风能、现代生物质能、地热能、海洋能以及氢能等被看作新能源。随着技术的进步和可持续发展观念的树立,过去一直被视作垃圾的工业与生活有机废弃物被重新认识,作为一种能源资源化利用的物质而得到深人研究和开发利用。因此,废弃物的资源化利用也可看作新能源技术的一种形式。

新近才被人类开发利用、有待于进一步研究发展的能量资源,都属于新能源范畴。相对于常规能源而言,在不同的历史时期和科技水平的情况下,新能源有不同的内容。当今社会，新能源通常指太阳能、风能、地热能、氢能等。新能源按类别可分为太阳能、风能、生物质能、氢能、地热能、海洋能、小水电、化工能(如醚基燃料、可燃冰)、核能、电化学储能等据分析，2001年以来,我国能源消费结构并没有发生显著改变。化石能源,特别是煤炭的消费在一次能源消费中一直居于主导地位,化石能源和煤炭消费所占的比重分别达到九成和六成以上。随着经济的发展,新能源产业的比重将会越来越大。

据估算,每年辐射到地球上的太阳能约为17.8亿kW,其中可开发利用的为500~1000亿kW.h。但因其分布很分散,能利用者甚微。地热能指陆地以下5000 m深度内的岩石和水体的总含热量。其中全球陆地部分3000 m 深度内、150 C以上的高温地热能为140万t标准煤，一些国家已着手商业开发利用。全球风能的潜力约为3500亿kW,因风力断续分散，难以经济有效地利用,今后输能、储能技术如有重大改进,对风能的利用将会增加。海洋能包括湖汐能、波浪能、海水温差能等,理论储量十分可观,但限于技术水平，,现尚处于小规榄研究阶段。当前新能源的利用技术尚不成熟,故其只占世界所需总能量的很小部分,但今后有很大的发展前途。

综合看来，新能源具有以下特点:①资源丰富,普遍具备可再生特性,可供人类永续利用;②能量密度(比能量)低,开发利用需要较大空间;③不含碳或含碳量很少,对环境影响小;④分布广,有利于小规模分散利用;⑤间断式供应,波动性大,对持续供能不利;⑥除水电外,可再生能源的开发利用成本较化石能源高。

1.2新能源的类型

新能源一般可分为以下几类。

(1)太阳能

太阳能一般指太阳光的辐射能量。太阳能的主要利用形式有太阳能的光热转换、光电转换以及光化学转换三种。广义上的太阳能是地球主要能量的来源,如风能、化学能、水的势能等都是由太阳能带来或转化成的能量形式。利用太阳能的方法主要有以下两种:太阳能电池,通过光电转换把太阳光中包含的能量转化为电能;太阳能热水器或集热器,利用太阳光的热量加热水等介质,并利用热水发电等。太阳能清洁环保，无任何污染,利用价值高，更没有能源短缺的问题,这些优点决定了其在能源领域不可取代的地位。太阳能的利用方式主要有以下三种。

本书主要内容包括：新能源的类型、新能源材料的定义、新能源技术与产业相关政策、新能源材料的分类、锂离子电池概述、锂离子电池负极材料、锂电池正极材料、超级电容器材料、太阳能电池材料、储氢材料、燃料电池材料、核能材料、生物质能材料、复合材料及其在新能源领域应用、纳米材料在锂离子电池中的应用、石墨烯材料应用、新能源材料学的未来发展。虽然新能源材料的研发、应用和产业化已经有了长足的进步，但尚缺乏对新能源材料的理论和实践的总结。本书试图综合概括近年来新能源材料方面的研究成果和进展，形成一个领域比较宽广的知识范围，为相关领域的人士提供一个概括性、综合性的知识体系。