新能源材料制备与加工技术

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1、新能源材料制备与加工技术材料制备与加工技术李长久西安交通大学 李长久教授西安交通大学新能源材料制备与加工技术西安交通大学新能源材料制备与加工技术本课程的安排?第1讲 绪论：能源结构与太 阳辐射特点?第2讲 太阳电池原理?第3讲 太阳电池原理（续）?第4讲 单晶硅太阳电池制造 工艺?第5讲 薄膜太阳电池与DSC制 造工艺?第6讲 燃料电池基础?第7讲 固体氧化物燃料电 池与质子交换膜燃料电池 制备成形技术?第8讲 新型2次电池材料?试验试验1 单晶硅太阳电池特 性单晶硅太阳电池特 性?试验试验2 单晶硅、非晶硅、 多晶硅太阳电池特性比较单晶硅、非晶硅、 多晶硅太阳电池特性比较?试验试验3 SOF

2、C电池输出特 性 试验电池输出特 性 试验4 PEMFC试验试验西安交通大学 李长久教授西安交通大学新能源材料制备与加工技术西安交通大学新能源材料制备与加工技术本课程的基本要求?了解能源结构与发展趋势，可再生能源与化石燃 料高效能源转换系统?能源转换材料基本特征能源转换材料基本特征?太阳电池太阳电池原理，太阳电池转换效率的影响因素及 其影响规律、提高转换效率的基本途径；?太阳电池的种类与制造工艺制造工艺及其特点特点；?燃料电池燃料电池的原理、特点、开发现状与应用前景。?二次电池及其相关材料技术?材料制备、加工与制造器件一体化的特征材料制备、加工与制造器件一体化的特征西安交通大学 李长久教授西安

3、交通大学新能源材料制备与加工技术西安交通大学新能源材料制备与加工技术主要参考书1.（美）胡晨明，R.M. 还特著，（李采华译），太阳电 池太阳电 池，北京大学出版社，1990年 2. Chenming HU and Richard M. White, Solar Cell, From Basic to Advanced System, McGraw Hill Book Company, 1983 3.（澳）马丁 格林著，李秀文等译，太阳电池太阳电池，电子工 业出版社，1987年 4. 赵富鑫，魏彦章，太阳电池及其应用太阳电池及其应用，国防工业出版 社，1985 5. 雷永泉主编，新能源材料，天

4、津大学出版社，雷永泉主编，新能源材料，天津大学出版社， 2000。 6. 衣宝廉著，燃料电池燃料电池，化学工业出版社，2003。 7. Fuel Cell Handbook西安交通大学 李长久教授西安交通大学新能源材料制备与加工技术西安交通大学新能源材料制备与加工技术材料科学与工程?制备与加工制备与加工、成分成分、组织结 构组织结 构、性能性能（使用性能）的控制 与机制、相互关系StructuresPropertiesCompositionsProcessing西安交通大学 李长久教授西安交通大学新能源材料制备与加工技术西安交通大学新能源材料制备与加工技术材料制备与加工?材料制备制造可用于生产

5、产品的原材料?原材料原材料（矿石）冶金（物理、化学）材料 （粉末、板材、棒与丝）传统加工制造方法 （机械零件）控性、控形以零件使用传统加工制造方法 （机械零件）控性、控形以零件使用?加工成形制造各种形状结构的零件与构件?材料 加工（热加工、冷加工）装配产品产品?冷加工：车、铣、刨、磨、钻等?热加工方法：铸造、锻造、焊接、热处理西安交通大学 李长久教授西安交通大学新能源材料制备与加工技术西安交通大学新能源材料制备与加工技术电子器件的制造?二极管、三极管、场效应管、集成电路等?太阳电池、显示器（等离子平板显示器）等功能层：薄（纳米级）！元器件制造的特点：材料合成制备、加工成形、器件制造一体化！太阳

6、电池与燃料电池为例，理解微纳器件制造特征新能源、微电子西安交通大学 李长久教授西安交通大学新能源材料制备与加工技术西安交通大学新能源材料制备与加工技术第一章 概述?能源的有限性与能源需求的不断增长?能源的构成?能源使用存在的问题?发展新能源技术的必要性?太阳辐射的特点?太阳常数，大气质量，太阳高度?太阳电池的基本特点西安交通大学 李长久教授西安交通大学新能源材料制备与加工技术西安交通大学新能源材料制备与加工技术第1节 地球上究竟还有多少能源？西安交通大学 李长久教授西安交通大学新能源材料制备与加工技术西安交通大学新能源材料制备与加工技术1990年2020年矿物能源预测 单位：亿吨标准油?199

7、2年世界能源大会提供的调查报告石油天然气煤合计1991年底探 明储量1350114052007700估计增加量65010602880030500合计资源量2000220034000382001990-2020 累计需求量10006808502530453年年西安交通大学 李长久教授西安交通大学新能源材料制备与加工技术西安交通大学新能源材料制备与加工技术2003年世界能源统计报告?2002年：世界一次能源消耗：94亿吨标准 油；?全球可供开采剩余年数：?石油：40.6年；天然气：60.7年；煤：204年?我国剩余可采资源保证度：129.7年?原油：20.1年；天然气：49.3年；煤：114.5年

8、 化石燃料的有限性！化石燃料的有限性！可燃冰！西安交通大学 李长久教授西安交通大学新能源材料制备与加工技术西安交通大学新能源材料制备与加工技术1. 能源利用方式?木材（生物质能）?煤炭?石油?天然气?核能（核裂变、核聚变）?太阳能?水电第2节 世界商品能源的构成西安交通大学 李长久教授西安交通大学新能源材料制备与加工技术西安交通大学新能源材料制备与加工技术2. 世界一次商品能源的构成年份1950196019701980 19902001 供应总量（x108吨标油）17.528.948.562.780.394 比例 () 煤57.746.030.528.527.324.7 油31.037.848

9、.748.638.638.5 天然气9.714.218.619.921.623.7 水力1.62.02.12.35.8？ 核能000.10.95.8？10%西安交通大学 李长久教授西安交通大学新能源材料制备与加工技术西安交通大学新能源材料制备与加工技术3. 世界一次能源构成变化趋势(1) 木材木材(3) 石油石油(2) 煤煤(5) 核裂变(4) 天然气天然气(6) 太阳能太阳能 产业结构的变化！产业结构的变化！西安交通大学 李长久教授西安交通大学新能源材料制备与加工技术西安交通大学新能源材料制备与加工技术我国能源构成比例（）?以煤为主要能源年份原煤原油天然气水电核能与 新能源 199675.0

10、17.51.65.9200170.0619.073.536.670.67西安交通大学 李长久教授西安交通大学新能源材料制备与加工技术西安交通大学新能源材料制备与加工技术我国一次能源构via世界变化(1) 木材木材(3) 石油石油(2) 煤煤(5) 核裂变(4) 天然气天然气(6) 太阳能太阳能 煤的液化、汽化煤的液化、汽化西安交通大学 李长久教授西安交通大学新能源材料制备与加工技术西安交通大学新能源材料制备与加工技术能源安全问题?石油需求量大增，石油进口量大增?2000年进口6960万吨，进口依赖度31?2002年进口9000万吨，2003年超过日本， 成为世界第二大石油进口国。?2010年：

11、1.6-2.1亿万吨，依赖度45-50?2020年：2.4-3.6亿万吨，依赖度60-70?70来自中东（美国能源报告） 战争！战争！西安交通大学 李长久教授西安交通大学新能源材料制备与加工技术西安交通大学新能源材料制备与加工技术常规发电系统与SOFC发电效率比较SOFC/Gas Turbine Hybrid SystemFuel CellGas turbine simple CycleGas turbine combined CycleInternal combustion engineEfficiency (LHV)%Power output, MW西安交通大学 李长久教授西安交通大学新能

12、源材料制备与加工技术西安交通大学新能源材料制备与加工技术4. 矿物（化石）燃料使用造成的 环境污染问题?燃烧排放物：?SO2、Nox、CO、CO2、烟尘等?危害作用?破坏植被与土壤：SO2?对人体健康有害：烟尘、SO2等?对气候造成影响：产生温室效应、酸雨等：Nox、 SOx?处理措施：燃烧前净化处理，SO2、烟尘等?CO2？西安交通大学 李长久教授西安交通大学新能源材料制备与加工技术西安交通大学新能源材料制备与加工技术5. 新能源与再生能源?能源技术本身的发展?解决能源枯竭与环境污染问题的要求?能源安全?新能源：一次能源与二次能源?一次能源：太阳能、生物质能、风能、地热 能、海洋能、核能?二

13、次能源：氢能氢能核裂变 核聚变核裂变 核聚变西安交通大学 李长久教授西安交通大学新能源材料制备与加工技术西安交通大学新能源材料制备与加工技术可再生能源?不可再生能源?煤、石油、天然气、核能?可再生能源?太阳能、生物质能、海洋能、风能、水能、 地热能?新能源: 太阳能、生物质能、海洋能、风能、 地热能、核能、氢能西安交通大学 李长久教授西安交通大学新能源材料制备与加工技术西安交通大学新能源材料制备与加工技术本课程所涉及的能源材料与技术?太阳电池（Solar Cell）?太阳能、一次能源：?燃料电池（Fuel Cell）?天然气、煤气化气：一次能源?氢能、二次能源?新型二次电池（Battery）?

14、金属氢化物-镍电池，Li离子二次电池西安交通大学 李长久教授西安交通大学新能源材料制备与加工技术西安交通大学新能源材料制备与加工技术Cell与与Battery的区别的区别?Cell（电池）：能量转换器件或装置?Solar cell：将太阳直接能转换为电能?Fuel cell：燃料的化学能直接转换为电能?Battery（电池）：能量存储器件或装置?将能量以化学能的形式存贮供使用新能源材料的制备与加工成形 制造换能器件与储能器件相关技术新能源材料的制备与加工成形 制造换能器件与储能器件相关技术西安交通大学 李长久教授西安交通大学新能源材料制备与加工技术西安交通大学新能源材料制备与加工技术功能材料！

15、功能材料！所涉及的能源材料能源转换器件材料能源转换器件材料?金属材料：如 Ni?无机非金属：如 Si、氧化物（ZrO2）?有机高分子材料：如 质子交换膜?化合物：金属化合物?导体、半导体、绝缘体、电解质（固 体）西安交通大学 李长久教授西安交通大学新能源材料制备与加工技术西安交通大学新能源材料制备与加工技术涉及的制备与成形加工技术?传统的材料制备方法?物理（熔炼、烧结)、化学（反应生成）?传统材料加工?陶瓷成形（挤压、注塑），模压等?先进薄膜与涂层薄膜与涂层制备技术?PVD, CVD, 等离子喷涂，丝网印刷等?材料制备与器件成形加工一体化材料制备与器件成形加工一体化西安交通大学 李长久教授西安

16、交通大学新能源材料制备与加工技术西安交通大学新能源材料制备与加工技术第3节 太阳辐射的特点?太阳：一座核聚变反应 器，中心温度约为 2x107K，发射功率为：3.8 x 1026 W；?波长范围： 0.276 m4.96 m（占 99的能量）?辐射相当于表面5743K的 黑体；大气层外太阳辐射强度与 5743K黑体辐射强度的比较3.1 太阳常数西安交通大学 李长久教授西安交通大学新能源材料制备与加工技术西安交通大学新能源材料制备与加工技术3.1 太阳常数(续)?地球轨道为一椭圆?最远距离：152x106 km；?最近距离：147x106 km?平均距离：149x106 km (1天文单位)?最远处的辐射为最近处的94，差别不大。?认为大气层外的辐射强度不变，单位面积的辐 射通量为一常数：称为太阳常数太阳常数?S01.35