世界上新能源材料發(fā)展狀況

1、能源及新能源材料能源及新能源材料劉勝明劉勝明 博士博士西華大學材料科學與工程學院西華大學材料科學與工程學院 一一 能源的概述能源的概述什么是能源？什么是能源？ 能源是指一切能量集中的含能體能源是指一切能量集中的含能體( (如煤炭石油如煤炭石油) )和能量過程和能量過程( (如風和潮汐如風和潮汐) )，能到達地球表面的，能到達地球表面的，都叫做地球上的能源。都叫做地球上的能源。 能源是社會經(jīng)濟建設和提高人民生活水平的重能源是社會經(jīng)濟建設和提高人民生活水平的重要物質基礎之一。要物質基礎之一。能源的分類能源的分類一一級級能能源源第一類能源第一類能源（來自地球以外）（來自地球以外）太太陽陽輻輻射射能能

2、煤，石油，油頁巖，天然氣，煤，石油，油頁巖，天然氣，草木燃料，沼氣和其它由于光和草木燃料，沼氣和其它由于光和作用而固定下來的太陽能。作用而固定下來的太陽能。宇宙射線，流星和其它星際物質帶進地球宇宙射線，流星和其它星際物質帶進地球大氣的能量大氣的能量第二類能源第二類能源（來自地球內部）（來自地球內部）地地球球熱熱能能地震，火山活動地震，火山活動地下熱水和地熱蒸氣（包地下熱水和地熱蒸氣（包括溫泉和沸泉）括溫泉和沸泉）熱巖層熱巖層原子能原子能鈾，釷，硼，氘鈾，釷，硼，氘第三類能源（來自地球和其第三類能源（來自地球和其它天體的相互作用）它天體的相互作用）潮汐能潮汐能二二 級級能能 源源 電能，電能，氫

3、能氫能，煤油，汽油，柴油，酒精，甲醇，丙烷，煤油，汽油，柴油，酒精，甲醇，丙烷，苯胺，肼，氨，硝化棉和硝化甘油，黑色火藥等苯胺，肼，氨，硝化棉和硝化甘油，黑色火藥等能源按被利用的程度分：，如煤炭、石油、天然氣、薪柴燃料、水能等；，如太陽能、氫能、地熱能、潮汐能、生物質能等，另外還有核能。按能否再生分，即不會隨它本身的轉化或人類的利用而越來越少，如水能、風能、潮汐能、太陽能等；，它隨人類的利用而越來越少，如石油、煤、天然氣、核燃料等。按對環(huán)境的污染分，即對環(huán)境無污染或污染很小的能源，如太陽能、水能、海洋能等；，即對環(huán)境污染較大的能源，如煤、石油等。能源發(fā)展經(jīng)歷的幾個階段能源發(fā)展經(jīng)歷的幾個階段 時

4、間時間 時期時期從火的發(fā)現(xiàn)到從火的發(fā)現(xiàn)到18世紀產(chǎn)業(yè)革命世紀產(chǎn)業(yè)革命 柴草時期柴草時期18世紀中葉世紀中葉 煤炭時期煤炭時期蒸汽機蒸汽機20世紀初世紀初 石油時期石油時期化石能源的枯竭化石能源的枯竭 新能源時期新能源時期 二二 傳統(tǒng)的能源傳統(tǒng)的能源 煤、石油和天然氣煤、石油和天然氣等是世界上最重要的三種化石燃料。等是世界上最重要的三種化石燃料。 為什么我們把煤、石油、天然氣稱為為什么我們把煤、石油、天然氣稱為化石化石燃料呢？燃料呢？“化化石石”二字意味著什么？二字意味著什么？ 煤、石油、天然氣能被稱為化石燃料是因為它們的形成煤、石油、天然氣能被稱為化石燃料是因為它們的形成經(jīng)歷了一個漫長的過程，

5、這個過程經(jīng)歷了經(jīng)歷了一個漫長的過程，這個過程經(jīng)歷了上億上億年。年。 化石能源化石能源是指上古時期遺留下來的動植物的遺骸在地層是指上古時期遺留下來的動植物的遺骸在地層下經(jīng)過上萬年的演變形成的能源。如煤下經(jīng)過上萬年的演變形成的能源。如煤( (植物化石轉化植物化石轉化),),石油石油( (動物體轉化動物體轉化),),天然氣等。天然氣等。 化石能源是一種碳氫化合物或其衍生物。它由古代生物的化石沉積而來，是一次能源?；剂喜煌耆紵螅紩l(fā)出有毒的氣體，卻是人類必不可少的燃料。化石能源所包含的天然資源有煤炭、石油和天然氣。 煤煤碳碳（GT）石石油油（GT）天天然然氣氣（TM3）世世界界總總計計10

6、43.86世界總計137.3世界總計14. 11前蘇聯(lián)241.01沙特25.71前蘇聯(lián)5.62美國240.562伊拉克13.42伊朗2.13中中國國114.53科威特13.33卡塔爾0.714澳大利亞90.944阿聯(lián)酋12.74阿聯(lián)酋0.535德國60.075伊朗12.25沙特0.536印度69.596委內瑞拉9.36美國0.467南非55.337前蘇聯(lián)7.87委內瑞拉0.388波蘭42.18墨西哥7.38阿爾及利亞0.369美國3.89尼日利亞0.3410中中國國3.310伊拉克0.3111中中國國0.1719941994年年世界化石燃料探明可采儲量世界化石燃料探明可采儲量中東戰(zhàn)亂中東戰(zhàn)亂

7、中東的巨大石油蘊藏量令該地區(qū)成為世界焦點，各主要石油消耗國家均希望可以影響以至控制該地區(qū)，于是經(jīng)常有沖突和戰(zhàn)爭。 最近一次大規(guī)模的戰(zhàn)事，相信發(fā)生在2003年3月，英美聯(lián)軍攻打伊拉克，給予軍隊的其中一些指令，是盡快控制油田及產(chǎn)油設施，并使破壞減至最低程度。 另一次戰(zhàn)爭是1990年1月的海灣（波斯灣）戰(zhàn)爭以美國為首的聯(lián)合部隊攻擊伊拉克，驅趕伊軍離開科威特。 我國的能源結構以煤為主 能源是人類社會生存和發(fā)展的重要物質基礎能源是人類社會生存和發(fā)展的重要物質基礎, ,是現(xiàn)代是現(xiàn)代文明的三大支柱之一文明的三大支柱之一。 目前，世界能源消耗還是以煤、石油、天然氣之類目前，世界能源消耗還是以煤、石油、天然氣之

8、類的的礦物能源礦物能源為主，不但為主，不但嚴重破壞生態(tài)環(huán)境嚴重破壞生態(tài)環(huán)境，而且，而且礦礦物能源不可再生物能源不可再生，能源枯竭能源枯竭已成為共識。已成為共識。 煤炭開采煤炭開采海上石油開采平臺海上石油開采平臺嚴重的生態(tài)破壞嚴重的生態(tài)破壞16生態(tài)環(huán)境嚴重破壞：生態(tài)環(huán)境嚴重破壞： 1952年年12月，倫敦月，倫敦煙霧煙霧； 酸雨；酸雨； 河流河流干涸；干涸； 巨大的能源危機：巨大的能源危機：已開采已開采800億噸石油，按現(xiàn)在的開采速度，億噸石油，按現(xiàn)在的開采速度， 地球上已探明地球上已探明的的1770億噸億噸石油石油儲量儲量僅夠開采僅夠開采50年年;已探明的已探明的173萬億立方米萬億立方米天然

9、氣天然氣僅夠開采僅夠開采63年年；已探明的已探明的9827億噸億噸煤炭煤炭還可用還可用300年到年到400 年年;已探明的已探明的鈾鈾儲量約儲量約490萬噸，萬噸，釷釷儲量約儲量約275萬噸，全球萬噸，全球441座座核電站每年消耗核電站每年消耗6萬多噸濃縮鈾，萬多噸濃縮鈾，僅夠使用僅夠使用100年左右年左右。 世界各國世界各國水能水能開發(fā)也已近飽和，開發(fā)也已近飽和，風能、太陽能風能、太陽能尚無法滿足尚無法滿足人類龐大的需求。人類龐大的需求。 我國作為發(fā)展中大國，我國作為發(fā)展中大國，能源消耗巨大，能源利用能源消耗巨大，能源利用率不高，能源結構也不合理。率不高，能源結構也不合理。2009年，年，中

10、國風力發(fā)電量達到了中國風力發(fā)電量達到了25.8億瓦億瓦，超過了德國，超過了德國的的25.77億瓦，僅次于美國億瓦，僅次于美國35億瓦；億瓦；2020年，中國將投入足以實現(xiàn)年發(fā)電量年，中國將投入足以實現(xiàn)年發(fā)電量150億瓦的風力億瓦的風力渦輪機，渦輪機，成為世界最大的風能生產(chǎn)國成為世界最大的風能生產(chǎn)國。盡管在新能源領域有了大規(guī)模的增長，盡管在新能源領域有了大規(guī)模的增長，但風力發(fā)電量只但風力發(fā)電量只占據(jù)中國電力消耗總量的占據(jù)中國電力消耗總量的1% 。 為緩解和解決能源危機，科學家提出為緩解和解決能源危機，科學家提出資源與能源最資源與能源最充分利用技術充分利用技術和和環(huán)境最小負擔技術環(huán)境最小負擔技術。

11、 新能源與新能源材料新能源與新能源材料是兩大技術的重要組成部分。是兩大技術的重要組成部分。 新能源的發(fā)展必須靠利用新能源的發(fā)展必須靠利用新的原理來發(fā)展新的能源新的原理來發(fā)展新的能源系統(tǒng)系統(tǒng)，同時還必須靠，同時還必須靠新材料的開發(fā)與利用才能使新新材料的開發(fā)與利用才能使新系統(tǒng)得以實現(xiàn)系統(tǒng)得以實現(xiàn)，并提高其利用效率，降低成本。，并提高其利用效率，降低成本。 發(fā)展新能源材料是解決能源危機的根本途徑發(fā)展新能源材料是解決能源危機的根本途徑。 三三 新能源新能源新能源新能源 太陽能太陽能 風能風能 海洋能海洋能 氫能氫能 生物質能生物質能 地熱地熱 核能核能人人類類需需要要新新能能源源太陽能太陽能 地球每年

12、接受太陽的總能量為地球每年接受太陽的總能量為1.81018kWh，相當于全球，相當于全球能耗的能耗的1.2萬倍，無污染，是永久性能源。萬倍，無污染，是永久性能源。 但是，太陽輻射到地球的能量密度太低，但是，太陽輻射到地球的能量密度太低，只有只有1kW/cm2，還受氣候影響。還受氣候影響。 太陽能主要利用形式：太陽能主要利用形式： 1 1）熱能直接利用：如利用鏡面或反射槽將太陽光聚焦在收）熱能直接利用：如利用鏡面或反射槽將太陽光聚焦在收集器上，由中間介質吸熱產(chǎn)生蒸汽，推動氣輪機組發(fā)電；集器上，由中間介質吸熱產(chǎn)生蒸汽，推動氣輪機組發(fā)電； 2 2）光伏效應：太陽能電池。）光伏效應：太陽能電池。太陽能

13、的利用太陽能的利用 真空管集熱真空管集熱太陽能熱水器；太陽能熱水器；“溫室效應溫室效應”太陽能電池太陽能電池太陽能汽車太陽能汽車風能風能 太陽能在地面上約太陽能在地面上約2轉變?yōu)轱L轉變?yōu)轱L能，全球風力用于發(fā)電功率可能，全球風力用于發(fā)電功率可達達11.3萬億萬億kW，很有發(fā)展前景。，很有發(fā)展前景。 風能與風速密切相關，但風車風能與風速密切相關，但風車材料是關鍵。個材料是關鍵。個2.5MW的風的風車，轉子葉片直徑要車，轉子葉片直徑要80，包，包括傳動箱的總重達括傳動箱的總重達30t；風車高；風車高近百米，用材幾百噸。風車葉近百米，用材幾百噸。風車葉片耍有足夠的強度和抗疲勞性片耍有足夠的強度和抗疲勞

14、性能，目前主要采用玻璃鋼或碳能，目前主要采用玻璃鋼或碳纖維增強塑料，正向增強木材纖維增強塑料，正向增強木材發(fā)展。發(fā)展。海洋能海洋能 潮汐的發(fā)生是地球受月球和太陽引力的影響而引起的漲潮潮汐的發(fā)生是地球受月球和太陽引力的影響而引起的漲潮時海水向岸邊沖去，落潮時又退回海中，每天有規(guī)律地往時海水向岸邊沖去，落潮時又退回海中，每天有規(guī)律地往復運動。受海岸、港灣地形的影響，海面的高度在高潮和復運動。受海岸、港灣地形的影響，海面的高度在高潮和低潮時有很大差別?？梢杂脕硗苿訖C械裝置，又可以用來低潮時有很大差別?？梢杂脕硗苿訖C械裝置，又可以用來發(fā)電。發(fā)電。世界最大的潮汐電站世界最大的潮汐電站 朗斯潮汐電站朗斯潮

15、汐電站位于位于法國法國大西洋濱海圣馬洛大西洋濱海圣馬洛市附近，裝機容量市附近，裝機容量240兆瓦，年發(fā)電量兆瓦，年發(fā)電量5.44億千瓦時，是當今世界最大潮汐電站。億千瓦時，是當今世界最大潮汐電站。 工程于工程于1961年年1月開工，月開工，1966年年8月第一臺月第一臺機組發(fā)電，機組發(fā)電，1967年年12月竣工。月竣工。La Rance Tidal Power Station 中國最大的潮汐電站中國最大的潮汐電站 江廈潮汐電站江廈潮汐電站是中國目前利用潮汐能發(fā)電是中國目前利用潮汐能發(fā)電的最大試驗電站。該站位于的最大試驗電站。該站位于浙江省浙江省溫嶺縣溫嶺縣樂清灣北端的江廈港上。電站設計裝機容樂

16、清灣北端的江廈港上。電站設計裝機容量量3900千瓦，年發(fā)電量約千瓦，年發(fā)電量約1000萬千瓦時。萬千瓦時。1986年建成發(fā)電。年建成發(fā)電。江廈潮汐電站江廈潮汐電站地熱能地熱能 據(jù)計算，地球陸地以下五公里內，據(jù)計算，地球陸地以下五公里內，150以上巖石和地下以上巖石和地下水總含熱量相當于水總含熱量相當于9950萬億噸標準煤。萬億噸標準煤。按世界年耗按世界年耗100億億噸標準煤計算，可滿足人類幾萬年能源之需要噸標準煤計算，可滿足人類幾萬年能源之需要. 如果把地球上貯存的全部煤炭燃燒時所放出的熱量作為標如果把地球上貯存的全部煤炭燃燒時所放出的熱量作為標準來計算、那么，石油的貯存量約為煤炭的準來計算、

17、那么，石油的貯存量約為煤炭的3，目前可，目前可利用的核燃料的貯存量約為煤炭的利用的核燃料的貯存量約為煤炭的15，而地熱能的總貯而地熱能的總貯存量則為煤炭的存量則為煤炭的1.7億倍。億倍。 地球物質中放射性元素衰變產(chǎn)生的熱量是地熱的地球物質中放射性元素衰變產(chǎn)生的熱量是地熱的主要來源主要來源。 目前能為人類開發(fā)利用的主要是目前能為人類開發(fā)利用的主要是地熱蒸汽和地地熱蒸汽和地熱水兩大類熱水兩大類資源。資源。 目前地熱資源勘探的深度可達地表以下目前地熱資源勘探的深度可達地表以下5000m，其中其中2000m以下為以下為經(jīng)濟型地熱資源經(jīng)濟型地熱資源，2000-5000m為為亞經(jīng)濟型地熱資源亞經(jīng)濟型地熱資

18、源。 從直接利用地熱的規(guī)模來說，從直接利用地熱的規(guī)模來說， 最常用的是地熱水淋浴，占總最常用的是地熱水淋浴，占總利用量的利用量的1/3以上，其次是地熱以上，其次是地熱水養(yǎng)殖和種植約占水養(yǎng)殖和種植約占20%，地熱，地熱采暖約占采暖約占13%，地熱能工業(yè)利，地熱能工業(yè)利用約占用約占2%。 利用地熱能，占地很少，無廢利用地熱能，占地很少，無廢渣、粉塵污染，用后的棄（尾）渣、粉塵污染，用后的棄（尾）水既可綜合利用，又可回注到水既可綜合利用，又可回注到地下儲層，達到增加壓力、保地下儲層，達到增加壓力、保護儲層、保護地熱資源的雙重護儲層、保護地熱資源的雙重目的。目的。氫能氫能 氫是理想能源，熱值高、無污染

19、。氫是理想能源，熱值高、無污染。 存在的問題：存在的問題：1 1）氫的來源，只能通過電解水，太陽能分解）氫的來源，只能通過電解水，太陽能分解水，生物制氫，以及化工、冶金等流程制氫，這就需要消耗水，生物制氫，以及化工、冶金等流程制氫，這就需要消耗能源；能源；2 2）在存儲、運輸及應用過程中易爆，使材料產(chǎn)生氫）在存儲、運輸及應用過程中易爆，使材料產(chǎn)生氫脆、氫腐蝕，以及氫滲漏等。脆、氫腐蝕，以及氫滲漏等。 利用方式：利用方式： 1 1）直接燃燒；）直接燃燒； 2 2）儲氫：將材料與氫結合成為氫化物，需要時加熱放氫，）儲氫：將材料與氫結合成為氫化物，需要時加熱放氫，放完后還可繼續(xù)充氫。放完后還可繼續(xù)充

20、氫。氫能的利用氫能的利用美國加州州長施瓦辛格為新美國加州州長施瓦辛格為新“悍馬悍馬”加氫氣加氫氣氫能的利用氫能的利用寶馬寶馬H2R液氫動力實驗賽車液氫動力實驗賽車生物能生物能 如人畜糞便、秸稈、雜草如人畜糞便、秸稈、雜草和不能食用的果蔬，等等和不能食用的果蔬，等等廢棄物，經(jīng)過細菌發(fā)酵可廢棄物，經(jīng)過細菌發(fā)酵可以產(chǎn)生沼氣以產(chǎn)生沼氣 ( (甲烷占甲烷占55557070左右，二氧左右，二氧化碳占化碳占25254040左右，此外左右，此外還有少量氫氣、硫化氫、一氧還有少量氫氣、硫化氫、一氧化碳、氮和氨等化碳、氮和氨等 ) )， 用沼氣做燃料和照明，燃用沼氣做燃料和照明，燃燒后生成二氧化碳和水，燒后生成二

21、氧化碳和水，不污染空氣，不危害人類不污染空氣，不危害人類健康，并可以大大減少垃健康，并可以大大減少垃圾的數(shù)量圾的數(shù)量。 核能核能鈾在自然界中有三種放射性同位素：鈾在自然界中有三種放射性同位素：U235、U238、U234 ，在衰變過程中放出熱量。，在衰變過程中放出熱量。在軍事上鈾主要用來制造核武器和核動力在軍事上鈾主要用來制造核武器和核動力燃料。燃料。用作核電站反應堆的燃料，發(fā)電成本低。用作核電站反應堆的燃料，發(fā)電成本低。 鈾裂變時產(chǎn)生的同位素及其射線，在工農鈾裂變時產(chǎn)生的同位素及其射線，在工農業(yè)生產(chǎn)和科學技術領域中有廣泛的用途。業(yè)生產(chǎn)和科學技術領域中有廣泛的用途。例如，工業(yè)無損檢測；農業(yè)培育

22、良種，防例如，工業(yè)無損檢測；農業(yè)培育良種，防止病蟲害；醫(yī)學上滅菌消毒，臨床診斷及止病蟲害；醫(yī)學上滅菌消毒，臨床診斷及治療等等。治療等等。核聚變裝置對材料要求十分苛刻，如耐中核聚變裝置對材料要求十分苛刻，如耐中子輻射、耐高溫和抗氫脆等子輻射、耐高溫和抗氫脆等 四四 新能源材料新能源材料40 新能源材料新能源材料是指是指能實現(xiàn)新能源的轉化和利用能實現(xiàn)新能源的轉化和利用以及以及發(fā)展新能源技術所需的關鍵材料發(fā)展新能源技術所需的關鍵材料，主要包括：，主要包括： 儲氫合金為代表的儲氫材料儲氫合金為代表的儲氫材料 鋰離子電池為代表的二次電池材料鋰離子電池為代表的二次電池材料 質子交換膜電池為代表的燃料電池材

23、料質子交換膜電池為代表的燃料電池材料 硅半導體為代表的太陽能電池材料硅半導體為代表的太陽能電池材料 鈾、氘、氚為代表的反應堆核能材料鈾、氘、氚為代表的反應堆核能材料 -主要特點主要特點新能源材料能把原來使用的能源轉變成新能源新能源材料能把原來使用的能源轉變成新能源；新能源材料可提高貯能效率，有效進行能量轉換新能源材料可提高貯能效率，有效進行能量轉換；新能源材料可以增加能源利用的新途徑。新能源材料可以增加能源利用的新途徑。內蒙古四王子旗太陽能電池光伏電站內蒙古四王子旗太陽能電池光伏電站太陽能熱水器太陽能熱水器儲氫材料儲氫材料 氫能是人類未來的理想能源。氫能是人類未來的理想能源。 氫能熱值高氫能熱

24、值高，如燃燒，如燃燒1kg1kg氫可發(fā)熱氫可發(fā)熱1.41.410105 5kJkJ，相當于，相當于3kg3kg汽油或汽油或4.5kg4.5kg焦炭的發(fā)熱量；焦炭的發(fā)熱量； 資源豐富資源豐富，地球表面有豐富的水資源，水中含氫量達到，地球表面有豐富的水資源，水中含氫量達到11.111.1； 干凈、清潔干凈、清潔，燃燒后生成水，不產(chǎn)生二次污染；，燃燒后生成水，不產(chǎn)生二次污染； 應用范圍廣，適應性強應用范圍廣，適應性強，可作為燃料電池發(fā)電，也可用于氫能汽車、，可作為燃料電池發(fā)電，也可用于氫能汽車、化學熱泵等。化學熱泵等。 氫能的開發(fā)利用已成為世界特別關注的科技領域。氫能的開發(fā)利用已成為世界特別關注的科

25、技領域。 氫能利用關鍵是高密度安全儲存和運輸技術。氫能利用關鍵是高密度安全儲存和運輸技術。 氫密度很小，單位重量體積很大。目前市售氫氣一般是在氫密度很小，單位重量體積很大。目前市售氫氣一般是在150150個大個大氣壓下儲存在鋼瓶內，氫氣重量不到鋼瓶重量的氣壓下儲存在鋼瓶內，氫氣重量不到鋼瓶重量的1/1001/100，且有爆炸，且有爆炸危險，很不方便。危險，很不方便。 為解決氫的儲存和運輸問題，人們研發(fā)了相應的儲氫材料，主要包為解決氫的儲存和運輸問題，人們研發(fā)了相應的儲氫材料，主要包括括活性炭、無機化合物、有機化合物以及合金化合物四大類儲氫材活性炭、無機化合物、有機化合物以及合金化合物四大類儲氫

26、材料料。常用高壓氫氣瓶常用高壓氫氣瓶J 不同儲氫方式的比較不同儲氫方式的比較氣態(tài)儲氫：氣態(tài)儲氫：1) 能量密度低能量密度低2) 不太安全不太安全液化儲氫：液化儲氫：w 能耗高能耗高w 對儲罐絕熱性能要求高對儲罐絕熱性能要求高固態(tài)儲氫的優(yōu)勢：固態(tài)儲氫的優(yōu)勢：1) 體積儲氫容量高體積儲氫容量高2) 無需高壓及隔熱容器無需高壓及隔熱容器3) 安全性好，無爆炸危險安全性好，無爆炸危險4) 可得到高純氫，提高氫的附加值可得到高純氫，提高氫的附加值活性炭儲氫活性炭儲氫 活性炭比表面積可達活性炭比表面積可達2000m2000m2 2/g/g以上，以上，低溫加壓可吸附儲氫?；钚蕴康蜏丶訅嚎晌絻??；钚蕴吭?/p>

27、原料易得，吸附儲氫和放氫操作都比較易得，吸附儲氫和放氫操作都比較簡單簡單。 富勒烯富勒烯(C(C6060) )和碳納米管和碳納米管(CNT)(CNT)對氫對氫氣具有較強的吸附作用。氣具有較強的吸附作用。單層碳納單層碳納米管的吸氫量比活性炭高，米管的吸氫量比活性炭高，H H2 2的吸的吸附量可達附量可達5 5-10-10( (質量分數(shù)質量分數(shù)) )，有，有望成為新一代儲氫材料望成為新一代儲氫材料。富勒烯富勒烯C60碳納迷管碳納迷管47無機化合物儲氫無機化合物儲氫 某些無機化合物和氫氣發(fā)生化學反應可儲氫，然后在一定條某些無機化合物和氫氣發(fā)生化學反應可儲氫，然后在一定條件下分解可放氫。件下分解可放氫

28、。利用利用碳酸氫鹽與甲酸鹽之間相互轉化碳酸氫鹽與甲酸鹽之間相互轉化，吸氫和放氫反應為：，吸氫和放氫反應為：以活性炭作載體，在以活性炭作載體，在Pd或或PdO的催化作用下，以的催化作用下，以KHCO3或或NaHCO3作為作為儲氫劑，儲氫量約為儲氫劑，儲氫量約為2(質量分數(shù)質量分數(shù))。該法優(yōu)點是原料易得、儲存方便、安全性好，但儲氫量比較小，催化劑該法優(yōu)點是原料易得、儲存方便、安全性好，但儲氫量比較小，催化劑價格較貴。價格較貴。釋氫，70，0.1MPa吸氫，35，2.0MPaOHHCO2223HHCO 有機液體氫化物儲氫有機液體氫化物儲氫 借助儲氫載體借助儲氫載體( (如苯和甲苯等如苯和甲苯等) )

29、與與H H2 2的可逆反應來實現(xiàn)，包括的可逆反應來實現(xiàn)，包括催化加氫反應和催化脫氫反應。催化加氫反應和催化脫氫反應。該法儲氫量大，該法儲氫量大，環(huán)己烷和甲基環(huán)己烷的理論儲氫量分別為環(huán)己烷和甲基環(huán)己烷的理論儲氫量分別為7.197.19和和6.186.18( (質量分數(shù)質量分數(shù)) )，比高壓儲氫和金屬氫化物儲氫的實際量都大。，比高壓儲氫和金屬氫化物儲氫的實際量都大。儲氫載體儲氫載體苯和甲苯可循環(huán)使用，其儲存和運輸都很安全方便。苯和甲苯可循環(huán)使用，其儲存和運輸都很安全方便。催化加氫和催化脫氫裝置和投資費用較大，儲氫操作比較復雜。催化加氫和催化脫氫裝置和投資費用較大，儲氫操作比較復雜。其中R=H、CH

30、4H2，供用戶使用H2，制氫工廠儲存、運輸儲存、運輸催化脫氫催化加氫RHC56RHC116RHC116RHC56合金化合物儲氫合金化合物儲氫 在一定溫度和氫氣壓力下能多次吸收、儲存和釋放氫氣的合在一定溫度和氫氣壓力下能多次吸收、儲存和釋放氫氣的合金被稱為金被稱為儲氫合金儲氫合金。 氫原子容易進入金屬晶格的四面體或八面體間隙，形成金屬氫原子容易進入金屬晶格的四面體或八面體間隙，形成金屬氫化物，如氫化物，如TiHTiH2 2、ZrHZrH1.91.9、PrHPrH2.82.8、TiTi1.41.4CoHCoH、LaNiLaNi5 5H H、MmNiMmNi4.54.5H H6.66.6等。等。氫原

31、子在合金化合物中的占位：氫原子在合金化合物中的占位：(a)四面體；四面體；(b)八面體八面體a ab b50 儲氫合金儲氫合金可儲存比其體積大可儲存比其體積大1000-1300倍的氫倍的氫，而且，而且合金中存儲的氫表現(xiàn)為合金中存儲的氫表現(xiàn)為H與與H+之間的中間特性，結之間的中間特性，結合力較弱，當金屬氫化物受熱時又可釋放氫氣。合力較弱，當金屬氫化物受熱時又可釋放氫氣。0123450123454.2wt%Carbon nanotube(RT,10MPa 氫壓)3.6wt%1.8wt%1.4wt%Hydrogen storage capacity (wt%) LaNi5H6 TiFeH1.9 Mg

32、2NiH4 Hydrogen storage capacity (wt%) per weight儲氫合金的儲氫量比較儲氫合金的儲氫量比較 儲氫合金材料達到實用目的，必須滿足下列要求：儲氫合金材料達到實用目的，必須滿足下列要求： 儲氫量大，能量密度高儲氫量大，能量密度高； 吸氫和放氫速度快吸氫和放氫速度快； 氫化物生成熱小氫化物生成熱??； 分解壓適中分解壓適中： 容易活化容易活化； 化學穩(wěn)定性好化學穩(wěn)定性好； 在儲運中安全、無害在儲運中安全、無害； 原料來源廣、成本價廉原料來源廣、成本價廉。 儲氫合金材料主要有：儲氫合金材料主要有：稀土系列、鎂鎳系列、稀土系列、鎂鎳系列、鈦合金系列等鈦合金系列等

33、。 大多數(shù)金屬氫化物儲氫量在大多數(shù)金屬氫化物儲氫量在1 1-4-4( (質量分數(shù)質量分數(shù)) )、能量密度、能量密度高，所需費用明顯低于深冷液化儲氣和高壓儲氫，原料易高，所需費用明顯低于深冷液化儲氣和高壓儲氫，原料易得，安全可靠得，安全可靠。儲氫合金已成為各國都積極研發(fā)的一種很。儲氫合金已成為各國都積極研發(fā)的一種很有前途的儲氫方法。有前途的儲氫方法。我國生產(chǎn)的稀土儲氫合金我國生產(chǎn)的稀土儲氫合金稀土系儲氫合金稀土系儲氫合金 LaNiLaNi5 5是稀土系儲氫合金的典型代表是稀土系儲氫合金的典型代表，由荷蘭，由荷蘭PhilipPhilip實驗室于實驗室于19691969年首先研制。年首先研制。 La

34、Ni5在室溫下可與一定壓力的氫氣反應形成氫化物，如下式在室溫下可與一定壓力的氫氣反應形成氫化物，如下式所示：所示： LaNiLaNi5 5具有優(yōu)良的儲氫性能，塊狀具有優(yōu)良的儲氫性能，塊狀LaNiLaNi5 5合金儲氫量約合金儲氫量約1.41.4( (質量分數(shù)質量分數(shù)) )，分解壓適中平坦，活化容易，具有良好的動力，分解壓適中平坦，活化容易，具有良好的動力學特性和抗雜質氣體中毒性。學特性和抗雜質氣體中毒性。 6525HLaNi3HaNiL LaNi5成本高，大規(guī)模應用受限，因此發(fā)展成本高，大規(guī)模應用受限，因此發(fā)展置換置換La和和Ni的的多元合金：多元合金：LaNi5-xMx(MAl、Mn、Cr、

35、Fe、Co、Cu等等)和和R0.2La0.8Ni5(RY、Gd、Nd、Th等等)。用用富富Ce混合稀土混合稀土(Mm)代替代替La可研制廉價的可研制廉價的MmNi5儲氫合金，在儲氫合金，在MmNi5基礎上開發(fā)多元合金，如基礎上開發(fā)多元合金，如MmNi1-yBy(B=Al、Cu、Fe、Mn、Ga、Sn、Cr等等)系列，系列，不僅保持不僅保持LaNi5的優(yōu)良特性，而且在儲氫量的優(yōu)良特性，而且在儲氫量和動力學特性方面優(yōu)于和動力學特性方面優(yōu)于LaNi5，價格僅為純，價格僅為純La的的1/5。鈦系儲氫合金鈦系儲氫合金 TiFeTiFe具有優(yōu)良儲氫特性具有優(yōu)良儲氫特性，吸氫量約，吸氫量約1.751.75(

36、 (質量分數(shù)質量分數(shù)) )，室溫，室溫下釋氫壓力約為下釋氫壓力約為0.1MPa0.1MPa。價格較低，具有很大實用價值。價格較低，具有很大實用價值。 TiFe活化困難，須在活化困難，須在450和和5MPa壓力下進行活化；抗毒性壓力下進行活化；抗毒性弱弱(特別是特別是O2)，反復吸釋氫后性能下降。，反復吸釋氫后性能下降。 為改善為改善TiFe合金儲氫特性，可用過渡元素合金儲氫特性，可用過渡元素(M)置換部分鐵形成置換部分鐵形成TiFe1-yMy(M=Cr、Mn、Mo、Co、Ni等等)。TiFe0.8Mn0.2可在室可在室溫溫3MPa氫壓下活化，生成氫壓下活化，生成TiFe0.8Mn0.2H1.0

37、5氫化物，儲氫量達氫化物，儲氫量達到到1.9wt。鎂系儲氫合金鎂系儲氫合金 在在300-400300-400和較高氫壓下，和較高氫壓下，MgMg2 2NiNi與氫生成與氫生成MgMg2 2NiHNiH4 4，含氫，含氫量為量為3.65wt3.65wt，理論儲氫量可達，理論儲氫量可達6%6%，但其穩(wěn)定性強，釋氫，但其穩(wěn)定性強，釋氫困難。困難。 用用CaCa和和A1A1取代部分取代部分MgMg形成形成MgMg2-x2-xM Mx xNiNi，氫比物離解速度比，氫比物離解速度比MgMg2 2NiNi增大增大4040以上，活化容易，具有良好的儲氫性能，性以上，活化容易，具有良好的儲氫性能，性質穩(wěn)定。質

38、穩(wěn)定。 利用過渡元素利用過渡元素(M)置換置換Mg2Ni中的部分中的部分Ni，形成形成Mg2Ni1-xMx合金合金(MV、Cr、Mn、Fe、Zn等等)，也可改善吸，也可改善吸/釋氫的速釋氫的速度，具有實用價值。度，具有實用價值。儲氫合金的應用儲氫合金的應用 氫儲存是儲氫合金最基本的應用。氫儲存是儲氫合金最基本的應用。 金屬氫化物儲氫密度高，采用金屬氫化物儲氫密度高，采用Mg2Ni制成的儲氫容制成的儲氫容器與高壓器與高壓(20MPa)鋼瓶和深冷液化儲氫裝置相比，鋼瓶和深冷液化儲氫裝置相比，在儲氫量相等的情況下，三者質量比為在儲氫量相等的情況下，三者質量比為1 1：1.41.4：1.21.2，體，

39、體積比為積比為1 1：4 4：1.31.3；儲氫合金儲氫無需高壓或低溫設施，節(jié)省能源；儲氫合金儲氫無需高壓或低溫設施，節(jié)省能源；氫以金屬氫化物形式存在儲氫合金中，安全可靠，便于氫氫以金屬氫化物形式存在儲氫合金中，安全可靠，便于氫的運輸和傳遞。的運輸和傳遞。儲氫合金儲氫量與其他儲氫方法儲氫量的比較儲氫合金儲氫量與其他儲氫方法儲氫量的比較新型二次電池材料新型二次電池材料 一次電池一次電池使用后常隨普通垃圾一起被丟棄或掩埋，造成資使用后常隨普通垃圾一起被丟棄或掩埋，造成資源浪費，同時電池中的重金屬元素泄露也會污染地下水和土源浪費，同時電池中的重金屬元素泄露也會污染地下水和土壤。壤。 二次電池或蓄電池

40、：二次電池或蓄電池：放電時通過化學反應產(chǎn)生電能，充放電時通過化學反應產(chǎn)生電能，充電時則使體系回復到原來狀態(tài)，將電能以化學能形式重新儲電時則使體系回復到原來狀態(tài)，將電能以化學能形式重新儲存起來。存起來。鎳氫充電電池鎳氫充電電池Li離子充電電池離子充電電池 傳統(tǒng)二次電池如傳統(tǒng)二次電池如鉛酸電池鉛酸電池和和鎘鎳電池鎘鎳電池理論比能量低，理論比能量低，且鉛和鎘都是有毒金屬，對環(huán)境污染極大。且鉛和鎘都是有毒金屬，對環(huán)境污染極大。 目前應用較廣的是目前應用較廣的是鎳氫電池鎳氫電池(表示為表示為Ni/MH電池電池)和鋰離子電池和鋰離子電池(表示為表示為LIB電池電池)，不但性能優(yōu)良，而且污染較小，被稱為綠，

41、不但性能優(yōu)良，而且污染較小，被稱為綠色電池。色電池。鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池NiCd充電電池充電電池Ni/MH鎳氫二次電池鎳氫二次電池 Ni/MHNi/MH電池的正極材料采用電池的正極材料采用Ni(OH)Ni(OH)2 2，負極材料為儲，負極材料為儲氫合金，電解質為氫合金，電解質為KOHKOH水溶液。水溶液。 與與Ni/Cd電池相比，電池相比，Ni/MH電池具有以下優(yōu)點電池具有以下優(yōu)點：能量密度是能量密度是Ni/CdNi/Cd電池的電池的1.5-21.5-2倍；倍；充放電速率高；充放電速率高；耐過充和過放性能好；耐過充和過放性能好；使用壽命長；使用壽命長；低溫性能好；低溫性能好；無無CdCd元素對

42、環(huán)境的污染。元素對環(huán)境的污染。 Ni/MH二次電池二次電池 Ni/MHNi/MH電池在充放電中產(chǎn)生如下電極反應，工作原理如圖所電池在充放電中產(chǎn)生如下電極反應，工作原理如圖所示：示： 正極：正極： 負極：負極： 電池反應：電池反應：-2OHi(OH)N 放充eOHNiOOH2 eOHM2 OHMH放充放充M(OH)Ni2 MHNiOOH Ni/MHNi/MH電池工作原理電池工作原理 Ni/MH電池的正極材料是電池的正極材料是Ni(OH)2，電池負極材料電池負極材料主要是儲氫合金主要是儲氫合金，其種類如表所示。，其種類如表所示。典型的典型的Ni/MH負極材料及特征負極材料及特征合金合金類型類型 典

43、型氫化物典型氫化物 合金組成合金組成 吸氫質吸氫質量量/% 電化學容電化學容/(mAh/g) 理論值理論值 實際值實際值 AB5LaNi5H6MmNi3.5-4(MnAl)0.3-0.8Co0.2-1.31.3348330AB2ZrMn2H3Zr1-xTixNia(MnV)b(CoFeCr)c1.8482420ABTiFeH2ZrNi1.4, TiNi2.0536350A2BMg2NiH4Mg2Ni3.6965500固溶體固溶體V0.8Ti0.2H0.8V4-x(NbTaTiCo)xNi0.53.81018500 電解質需要有高的離子傳導能力，目前使用的電解質需要有高的離子傳導能力，目前使用的

44、Ni/MHNi/MH電池的電池的電解質是電解質是KOHKOH水溶液水溶液。KOH水溶液具有強腐蝕性，液體電解質給電池加制作帶水溶液具有強腐蝕性，液體電解質給電池加制作帶來不便。來不便。 用高導電性能的固體或凝膠電解質替代用高導電性能的固體或凝膠電解質替代KOHKOH是是Ni/MHNi/MH電池的電池的一個發(fā)展趨勢一個發(fā)展趨勢。 研究表明，采用高吸水和高親水能力的聚合物凝膠作為電研究表明，采用高吸水和高親水能力的聚合物凝膠作為電解質，電池的電化學性能與普通解質，電池的電化學性能與普通KOH電解質電池相近。電解質電池相近。LIB鋰離子二次電池鋰離子二次電池 LiLi是最輕的金屬元素是最輕的金屬元素

45、，它的標準電極電位是，它的標準電極電位是-3.045V-3.045V，是，是金屬金屬中負電位最大的元素中負電位最大的元素，因此，因此LiLi負極電池的開發(fā)受到極大重視，負極電池的開發(fā)受到極大重視，與與Ni/MHNi/MH電池性能的比較如下。電池性能的比較如下。普通普通Ni/MH，LIB及及Ni/Cd電池性能比較電池性能比較技術參數(shù)技術參數(shù)Ni/CdNi/MHLIB工作電壓工作電壓/V1.21.23.7質量比能量質量比能量/(Wh/kg)30-5050-70100-150體積比能量體積比能量/(Wh/L)150200270沖放電壽命沖放電壽命/次次5005001000 LIBLIB電池具有工作電

46、壓高、比能量高、容量大、循環(huán)特性好、電池具有工作電壓高、比能量高、容量大、循環(huán)特性好、重量輕、體積小等優(yōu)點，而且重量輕、體積小等優(yōu)點，而且LIBLIB無記憶效應無記憶效應，不需將電放盡，不需將電放盡后再充電；后再充電；LIBLIB自放電小，每月在自放電小，每月在1010以下，以下，Ni/MHNi/MH電池自放電池自放電一般為電一般為3030-40-40。 僅僅20002000年，日本就銷售了年，日本就銷售了4 4億多只億多只LiLi電池。電池。移動電話移動電話Li電池電池數(shù)碼相機數(shù)碼相機Li電池電池筆記本筆記本Li電池電池 LIBLIB電池是一種電池是一種LiLi離子濃度差電池離子濃度差電池，

47、充放電中，充放電中，LiLi離子在正負離子在正負極之間往返嵌入和脫嵌。極之間往返嵌入和脫嵌。充電時，充電時，LiLi離子從正極脫嵌，通過電解質和隔膜，嵌入負極離子從正極脫嵌，通過電解質和隔膜，嵌入負極，使負極處于，使負極處于富富LiLi離子態(tài)，正極處于貧離子態(tài)，正極處于貧LiLi態(tài)；態(tài)；放電時，放電時，LiLi離子從負極脫嵌進入正極離子從負極脫嵌進入正極。鋰離子二次電池工作示意圖鋰離子二次電池工作示意圖 LIB負極材料負極材料LIB負極材料的演變過程負極材料的演變過程負極材料負極材料金屬鋰金屬鋰鋰合金鋰合金碳材料碳材料氧化物氧化物納米合金納米合金容量容量/(mAh/g)340079037270

48、02000年代年代19651971199019951998金屬金屬LiLi容量最高，但在容量最高，但在LIBLIB電池的長期充放電中，電池的長期充放電中， LiLi與有與有機電解質發(fā)生反應，發(fā)生機電解質發(fā)生反應，發(fā)生枝晶生長枝晶生長，并形成，并形成樹枝狀沉積物樹枝狀沉積物，導致電池內部短路。導致電池內部短路。 LIB電池以電池以炭材料替代炭材料替代Li負極、高電位的負極、高電位的LiCoO2作作正極的二次電池后正極的二次電池后，循環(huán)性能和安全性能得到大，循環(huán)性能和安全性能得到大幅度提高，其電池反應為：幅度提高，其電池反應為： 正極：正極： 負極：負極： 電池：電池：2LiCoO放充eLiCoO

49、2 放充eLiC6 6LiC放充6CLiCoO2 62LiCCoO 不同形狀的不同形狀的LiLi離子電池離子電池太陽能電池材料太陽能電池材料 太陽能太陽能在未來能源結構中占有重要地位在未來能源結構中占有重要地位地球上一年接受的太陽能總量為地球上一年接受的太陽能總量為3.83.810101818kWkW，遠大于人，遠大于人類對能源的需求量；類對能源的需求量；分布廣泛，不需要開采和運輸；分布廣泛，不需要開采和運輸；不存在枯竭問題，可以長期利用；不存在枯竭問題，可以長期利用；安全衛(wèi)生，對環(huán)境無污染等。安全衛(wèi)生，對環(huán)境無污染等。人造衛(wèi)星上的太陽能電池人造衛(wèi)星上的太陽能電池 通過通過光電轉化光電轉化將將

50、太陽輻射能轉化為電能太陽輻射能轉化為電能加以利用是加以利用是太陽能利用中最活躍的研究領域。太陽能利用中最活躍的研究領域。清華大學電力國家重點實驗室清華大學電力國家重點實驗室太陽能電池開發(fā)綜合利用系統(tǒng)太陽能電池開發(fā)綜合利用系統(tǒng) 西班牙塞維利亞太陽能發(fā)西班牙塞維利亞太陽能發(fā)電站電站歐洲最大的太陽能歐洲最大的太陽能電站，可供電站，可供18萬戶使用，萬戶使用，每年減排每年減排60萬噸萬噸CO2 太陽能光電轉化的核心裝置是太陽電池太陽能光電轉化的核心裝置是太陽電池。 太陽電池的工作原理是太陽電池的工作原理是光伏效應光伏效應：太陽光的光量子與材太陽光的光量子與材料相互作用產(chǎn)生電子空穴對，在勢壘區(qū)靜電場作用

51、下，空穴和料相互作用產(chǎn)生電子空穴對，在勢壘區(qū)靜電場作用下，空穴和電子越過勢壘，電子越過勢壘，電子進入電子進入n n區(qū)，空穴進入?yún)^(qū)，空穴進入p p區(qū)，區(qū)，被分離的電子和被分離的電子和空穴由電極收集并輸出，形成光生電流，實現(xiàn)光電轉換?？昭ㄓ呻姌O收集并輸出，形成光生電流，實現(xiàn)光電轉換。光伏效應示意圖光伏效應示意圖太陽能電池太陽能電池全球最大規(guī)模的光伏太陽能發(fā)電全球最大規(guī)模的光伏太陽能發(fā)電項目項目鄂爾多斯市政府與美國鄂爾多斯市政府與美國first solar公司共建公司共建2000兆瓦太陽兆瓦太陽能光伏發(fā)電廠能光伏發(fā)電廠 世博中國館、主題館，世博中心、演藝中心等永久世博中國館、主題館，世博中心、演藝中

52、心等永久建筑的屋頂和玻璃幕墻上安裝總裝機容量超過建筑的屋頂和玻璃幕墻上安裝總裝機容量超過4.68兆兆瓦瓦的太陽能電池，每年能減排二氧化碳的太陽能電池，每年能減排二氧化碳4000噸。噸。 主題館屋面太陽能板面積達主題館屋面太陽能板面積達3萬多平方米，萬多平方米，是目前世是目前世界最大的單體面積太陽能屋面界最大的單體面積太陽能屋面，年發(fā)電量，年發(fā)電量280萬度，萬度，每年減排二氧化碳每年減排二氧化碳2800噸，節(jié)約標準煤噸，節(jié)約標準煤1000多噸。多噸。 世博中國館世博中國館世博主題館世博主題館 2011年年5月，世界首架月，世界首架無污染太陽能飛機無污染太陽能飛機進行跨國進行跨國飛行飛行(從瑞士

53、飛抵布魯塞爾需從瑞士飛抵布魯塞爾需13小時小時)，飛行高度可飛行高度可達達8700米米，平均飛行速度為平均飛行速度為70-120公里公里/小時小時。 用用超輕碳纖維材料超輕碳纖維材料制成，總重制成，總重1.6噸，由噸，由4臺小型電臺小型電力發(fā)動機驅動，力發(fā)動機驅動，機翼配備機翼配備1.2萬個太陽能電池板，萬個太陽能電池板，翼翼展長度大約展長度大約64米米。 晶體硅太陽能電池晶體硅太陽能電池 晶體硅太陽電池是以硅半導體材料制成的大面積晶體硅太陽電池是以硅半導體材料制成的大面積pn結，在結，在p型硅片上制作很薄的摻雜型硅片上制作很薄的摻雜n型層，在型層，在n型層上型層上制作金屬柵線作為正面接觸電極

54、，在背面制作金屬制作金屬柵線作為正面接觸電極，在背面制作金屬膜作為背面接觸電極。膜作為背面接觸電極。 晶體硅太陽電池具有晶體硅太陽電池具有性能穩(wěn)定、資源豐富、無毒性性能穩(wěn)定、資源豐富、無毒性等優(yōu)點等優(yōu)點，是目前市場上的主導產(chǎn)品。，是目前市場上的主導產(chǎn)品。單晶硅太陽能電池單晶硅太陽能電池多晶硅太陽能電池多晶硅太陽能電池 提高晶體硅太陽電池性能的方法提高晶體硅太陽電池性能的方法：吸雜吸雜：在多晶硅表面沉積磷或鋁層，在表面產(chǎn)生大量缺陷：在多晶硅表面沉積磷或鋁層，在表面產(chǎn)生大量缺陷區(qū)；高溫下雜質在缺陷區(qū)富集，去掉該層后就可消除部分區(qū)；高溫下雜質在缺陷區(qū)富集，去掉該層后就可消除部分雜質，特別是重金屬雜質

55、，提高電池性能。雜質，特別是重金屬雜質，提高電池性能。鈍化：鈍化：采取采取在氫氣中退火、等離子體處理等方式，用氫鈍在氫氣中退火、等離子體處理等方式，用氫鈍化硅的懸鍵等缺陷，提高電池性能?；璧膽益I等缺陷，提高電池性能。在多晶硅表面制備多孔硅在多晶硅表面制備多孔硅：降低電池表面反射率，提高電：降低電池表面反射率，提高電池轉換效率，達到池轉換效率，達到13.4。非晶硅太陽電池非晶硅太陽電池 非晶硅太陽電池是以非晶硅為襯底的薄膜太陽電池，非晶硅太陽電池是以非晶硅為襯底的薄膜太陽電池，電池效率已達到電池效率已達到13；世界總組件生產(chǎn)能力達到每；世界總組件生產(chǎn)能力達到每年年50MW，應用規(guī)模從手表、計算

56、機等消費品用電，應用規(guī)模從手表、計算機等消費品用電源發(fā)展到兆瓦級的獨立電站。源發(fā)展到兆瓦級的獨立電站。非晶硅太陽能電池非晶硅太陽能電池 非晶硅帶隙為非晶硅帶隙為1.5-2.0eV，其，其光譜響應峰值與太陽光光譜響應峰值與太陽光譜峰值的匹配比晶體硅更好譜峰值的匹配比晶體硅更好，且開路電壓大；，且開路電壓大；非晶硅具有非晶硅具有長程無序短程有序的共價無規(guī)則網(wǎng)絡結構長程無序短程有序的共價無規(guī)則網(wǎng)絡結構，這可有效吸收光子，這可有效吸收光子，在可見光波長范圍內吸收系數(shù)比在可見光波長范圍內吸收系數(shù)比晶體硅高一個數(shù)量級晶體硅高一個數(shù)量級； 無規(guī)則網(wǎng)絡具有很強的散射作用無規(guī)則網(wǎng)絡具有很強的散射作用，非晶硅中光

57、子擴散，非晶硅中光子擴散長度很短，光生載流子會很快復合而不能收集，長度很短，光生載流子會很快復合而不能收集，為此為此需要在電池內盡量布滿電場需要在電池內盡量布滿電場?；衔锾柲茈姵鼗衔锾柲茈姵?化合物太陽電池所用材料包括化合物太陽電池所用材料包括II-VI族化合物和族化合物和III-V族化合物族化合物。 II-VI族化合物包括族化合物包括CdTe、CdS和和CuInSe2等等，制成的薄膜太陽，制成的薄膜太陽電池轉換效率高、成本低、易于電池轉換效率高、成本低、易于大規(guī)模生產(chǎn)。大規(guī)模生產(chǎn)。 III-V族化合物包括族化合物包括GaAs和和InP等等，可制成薄膜太陽電池，轉換效率可制成薄膜太陽電

58、池，轉換效率高、抗輻照性能好，是較理想的高、抗輻照性能好，是較理想的空間太陽電池?？臻g太陽電池。太空站上的太空站上的GaAs太陽電池太陽電池高原用的高原用的GdTe太陽電池太陽電池 CdTe太陽電池太陽電池是以是以CdTe為吸收層、為吸收層、CdS為窗口層的為窗口層的半導體電池，開路電壓半導體電池，開路電壓1.05V，理論轉換效率，理論轉換效率27；目前小面積目前小面積CdTe電池轉換效率已達電池轉換效率已達16，大面積組，大面積組件已達件已達10.1。 GaAs是是III-V族化合物，帶隙為族化合物，帶隙為1.42eV，接近太陽電，接近太陽電池所需的最佳帶隙，具有高的轉換效率，池所需的最佳帶

59、隙，具有高的轉換效率，單結單結GaAs太陽電池的理論轉換效率可達太陽電池的理論轉換效率可達26.2；GaAs太陽電太陽電池轉換效率隨溫度變化下降不大，耐輻照性能好，池轉換效率隨溫度變化下降不大，耐輻照性能好，適合做空間太陽電池適合做空間太陽電池。納米太陽電池納米太陽電池 納米太陽電池納米太陽電池(簡稱簡稱NPC電池電池)是一種由是一種由鍍有透明導電鍍有透明導電膜的導電玻璃、多孔納米膜的導電玻璃、多孔納米TiO2或或PbxLa1-xTiO3(簡稱簡稱PLT)膜、染料光敏化劑、固體電解質膜以及鉑電極膜、染料光敏化劑、固體電解質膜以及鉑電極組成的一種光電化學式電池。組成的一種光電化學式電池。納米太陽

60、電池的結構納米太陽電池的結構 納米太陽電池工作原理：納米太陽電池工作原理：TiO2帶隙帶隙3.2eV，可見光不能將它激發(fā)，可見光不能將它激發(fā)，在在TiO2表面吸附表面吸附染料光敏化劑染料光敏化劑，通過染料分子與可見光相互作用，電子躍，通過染料分子與可見光相互作用，電子躍遷到遷到TiO2導帶并進入電極，最后通過外電路產(chǎn)生光電流導帶并進入電極，最后通過外電路產(chǎn)生光電流。TiO2膜通常制成海綿狀納米多孔膜，膜通常制成海綿狀納米多孔膜，以保證以保證TiO2膜具有較膜具有較大的比表面積，產(chǎn)生較高的光吸收效率。大的比表面積，產(chǎn)生較高的光吸收效率。染料光敏化劑一般選用羧酸多吡啶釕、磷酸多吡啶釕、多染料光敏化