新能源材料简述

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1、新能源及其新材料新能源及其新材料 目录目录 能源现状能源现状 新能源及其发展现状新能源及其发展现状 能源分类能源分类 能源分类 一次能源 二次能源(经转换 或提炼） 可再生能源非再生能源 风能，水能，太 阳能，地热，海 洋能，生物能 化石燃料（煤， 石油，天然气） 铀 电能，氢能，汽 油，柴油等 (1) 人类社会对能源的需求不断增加。 能源是与人类社会的生存与发展休戚相关的。 人类社会的发展伴随着能源消耗的增加。 能源应用现状能源应用现状 表1 世界一次能源消费的增长率 (2)(2)能源结构发生变化。能源结构发生变化。 表2 世界一次商品能源构成 (3) (3) 能源应用形态有所改变。能源应用

2、形态有所改变。 小型的可移动电源的需求量增长很快，这 主要是信息技术发展的结果；特别是近年来笔 记本电脑、手提电话等移动通信、摄像机、声 像设备以及一些军用电子设备的发展，对电池 的能量密度要求更高，并要求能够反复使用。 因此促进了高容量二次电池的发展。 (4) (4) 矿物能源面临枯竭。矿物能源面临枯竭。（19921992世界能源大会）世界能源大会） 石油/年天然气/年煤/年铀/年 世界495726260 中国236110230 (5) (5) 矿物燃烧造成环境污染。矿物燃烧造成环境污染。（SOSO 2 2 、COCO、COCO 2 2 、NONO） （植被、土壤；气候；健康）（植被、土壤；

3、气候；健康） 图2 世界CO2排放量随时间的变化 (6) 新能源的开发不断取得进展 太阳能、生物能、核能、风能、地热 、海洋能等一次能源和二次能源中的氢能 。 新能源的开发一方面靠利用新的原理来发展新的 能源系统，另一方面靠材料的开发与应用，使新系统得 以实现，并提高效率，降低成本。 (7) (7) 新材料的几个作用：新材料的几个作用： 新材料把原来习用已久的能源变为新能源。 如：半导体材料把太阳能有效地直接转变为电能；燃料电池能使 氢与氧反应而直接产生电能，代替过去利用氢气燃料获得高 温。 一些新材料可提高储能和能力转化效果 如：镍电池、锂离子电池等都是靠电极材料的储能效果和能量转 化功能而

4、发展起来的新型二次电池。 新材料决定着核反应堆的性能与安全性。 材料的组成、结构、制作、加工工艺决定 着投资与运行成本。 如：太阳电池材料决定着光电转换效率； 燃料电池的电极材料决定着电池的质量和 寿命； 材料的制备工艺又决定着能源的成本。 (8) (8) 能源材料的概念及分类能源材料的概念及分类 广义上，凡能源工业及能源利用技术所需 的材料都可称为能源材料。 新能源材料如增殖堆用核材料、太阳能电池材料 节能材料如非晶态金属磁性，超导材料。 储能材料如贮氢（吸氢）材料，高比能电池材料 能源现状与发展问题能源现状与发展问题 1.1.可再生清洁能源如风能、太可再生清洁能源如风能、太 阳能等所占比例

5、不到阳能等所占比例不到3%3% 2.2.石油、煤和天然气占初级石油、煤和天然气占初级 能源消耗的能源消耗的85%85%左右左右 3.3.其余主要是火电和水电其余主要是火电和水电 据可靠资料报道，到据可靠资料报道，到20202020年，年， 我国能源的消费比例除了利用我国能源的消费比例除了利用 石油、煤和天然气以及水电外石油、煤和天然气以及水电外 ，风能的消费比例要占到，风能的消费比例要占到10%10% ，核能的消费要占到，核能的消费要占到3%3%。 各种能源的消费比例图各种能源的消费比例图 我国石油产品需求预测我国石油产品需求预测 20102010年，万吨年，万吨20202020年，万吨年，万

6、吨 汽、煤、柴油汽、煤、柴油17750-1890017750-1890021700-2880021700-28800 润滑油润滑油 520-560 520-560 560-770 560-770 燃料油燃料油 2900 2900 2700 2700 化工用油化工用油 4700-5600 4700-5600 7200-8700 7200-8700 其它其它 5400-5500 5400-5500 6600-6700 6600-6700 石油产品合计石油产品合计31300-3350031300-3350038800-4770038800-47700 国内石油需求国内石油需求3.3-3.53.3-3

7、.5亿吨亿吨4.1-5.04.1-5.0亿吨亿吨 其它：其它：LPGLPG、沥青、石油焦、溶剂油、硫磺等、沥青、石油焦、溶剂油、硫磺等 20042004年我国汽柴油消耗分别达年我国汽柴油消耗分别达47064706万吨和万吨和1029210292万吨万吨( (合合计计计计1.51.5亿亿亿亿吨吨) ) 无穷大无穷大 约约4545年年 约约15 15 约约6161年年 约约3030 约约230230年年 约约8181 约约7171年年 约约5050 我国各种能源探明储量（以储采比表示）与世界比较我国各种能源探明储量（以储采比表示）与世界比较 摘自摘自“ “光伏技术和产业发展战略国际研讨会：机遇与挑

8、战光伏技术和产业发展战略国际研讨会：机遇与挑战” ” 论文集论文集 20042004年年4 4月月8 8日，日， 北京北京 P8P8 0 0 5050 100100 150150 200200 250250 300300 太阳能太阳能石油石油天然气天然气煤煤铀铀 世界世界 中国中国 二氧化碳是化石能源的最终排放形态二氧化碳是化石能源的最终排放形态 化石能源及其现状化石能源及其现状 表表3 3 全球各国全球各国CO2CO2排放量比较排行排放量比较排行 汽车油耗占汽柴油诮费的比例汽车油耗占汽柴油诮费的比例(2002)(2002) 耗油量，耗油量， 万吨万吨 占消费量占消费量 ，% % 汽油车汽油车

9、2825282575.575.5 柴油车柴油车1888188824.224.2 交通运输用油约占石油消耗的交通运输用油约占石油消耗的40%40% 20202020年年 原油需求控制在原油需求控制在4.54.5亿吨，至少进口亿吨，至少进口 2.52.5亿吨，对外依存度亿吨，对外依存度65%65% 汽车保有量应控制在汽车保有量应控制在1 1亿辆亿辆( ( 现有现有24002400万辆万辆) ) 20042004年，产量年，产量500500万辆，到万辆，到20102010年预计年预计 汽车年产量达到汽车年产量达到800800到到10001000万辆万辆 在北京、上海等大城市在北京、上海等大城市 ，空

10、气污染的，空气污染的60%60%来自汽来自汽 车排放车排放 二氧化碳的全球排放量二氧化碳的全球排放量 中，中国居中，中国居第二第二 20102010 550 ppm550 ppm 从左图大气从左图大气 COCO 2 2 浓度随年代浓度随年代 的变化及其在全的变化及其在全 球的分布图可以球的分布图可以 看出：看出： 很明显，近很明显，近 2020年来，年来，COCO 2 2 的的 浓度上升迅速非浓度上升迅速非 常迅速，常迅速，20102010年年 将接近将接近550ppm550ppm。 而且，主要而且，主要 分布在分布在美国和中美国和中 国国所在的所在的北半球北半球 高纬度高纬度60-8060-

11、80度处度处 。 COCO 2 2 大量排放带来的最直接危害就是产生温室效应！大量排放带来的最直接危害就是产生温室效应！ “ “温室效应温室效应” ”使地球变暖带来的严重后果使地球变暖带来的严重后果 A A、根据、根据IPCCIPCC的预测，的预测，20502050年地球的平均气温将增加年地球的平均气温将增加2.51 2.51 B B、专家认为：近、专家认为：近100 100 年来，全球年平均气温上升了年来，全球年平均气温上升了0.60.6。预计到。预计到 21002100年，全球年平均气温将比年，全球年平均气温将比19901990年上升年上升1.51.53.53.5 C C、美国皮尤全球气候

12、变化研究中心发表的一份报告估计，到、美国皮尤全球气候变化研究中心发表的一份报告估计，到21002100年年 全球气温将升高全球气温将升高1.3-4.61.3-4.6摄氏度，并导致海平面升高摄氏度，并导致海平面升高17-99 17-99 厘米。厘米。 D D、全球森林面积迅速下降，现有森林已无法吸收各国所排放的二氧、全球森林面积迅速下降，现有森林已无法吸收各国所排放的二氧 化碳，已使大气层中二氧化碳含量迅速增加，整个气候状况已经化碳，已使大气层中二氧化碳含量迅速增加，整个气候状况已经 进入恶性循环状态。进入恶性循环状态。 E E、气候变暖有可能导致极地冰帽迅速融化，进而使海平面上升，引、气候变暖

13、有可能导致极地冰帽迅速融化，进而使海平面上升，引 发大规模洪水。在地球历史上发生于发大规模洪水。在地球历史上发生于1515万年前的冰川期则只是因万年前的冰川期则只是因 为在为在2 2万年内地球气温升高万年内地球气温升高5 5所造成的。所造成的。 F.F.温室效应还会造成极端降水（暴雨、暴雪）、飓风、山崩及泥石温室效应还会造成极端降水（暴雨、暴雪）、飓风、山崩及泥石 流等流等“ “非常事件非常事件” ”将频繁出现。专家们注意到，在过去几年里，衡将频繁出现。专家们注意到，在过去几年里，衡 量气候变化的量气候变化的“ “非常事件指数非常事件指数” ”（Extrenme Event lndexExtr

14、enme Event lndex）不断攀）不断攀 高，由于气候变化而引起的自然灾害随时可能出现。高，由于气候变化而引起的自然灾害随时可能出现。 G. G. 温室效应造成厄尔尼诺现象频繁发生，气候异常、危害严重温室效应造成厄尔尼诺现象频繁发生，气候异常、危害严重 化石能源及其现状化石能源及其现状 应对气候变化的国际行动应对气候变化的国际行动 为应对全球气候变化，国际社会制定了为应对全球气候变化，国际社会制定了联合国气候变化框架联合国气候变化框架 公约公约和和京都议定书京都议定书。许多国家和非政府组织相应建立了碳。许多国家和非政府组织相应建立了碳 基金，并以此为平台开展减排和碳汇项目。以实际行动参与应对基金，并以此为平台开展减排和碳汇项目。以实际行动参与应对 气候变化气候变化 联合国气候变化框架公约联合国气候变化框架公约 新能源及其发展现状新能源及其发展现状 美国和欧洲各国在美国和欧洲各国在1974-19751974-1975年和年和 1979-19821979-1982年爆发了两次特能源危年爆发了两次特能源危 机机 不依赖石油的电动汽车自然再次成不依赖石油的电动汽车自然再次成 为研究的热点为研究的热点 锂离子电池的特点锂离子电池的特点 vv高比能量高比能量 (180-200Wh/