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1、第九章新能源材料陕西理工学院材料科学与工程学院目录新能源材料概述储氢材料新型二次电池材料太阳能电池材料燃料电池材料能源一次能源二次能源再生能源非再生能源太阳能、风能、水能、海洋能、生物能、地热能石油气、煤炭、天然气、核能电热、氢能、汽油、燃料油、液化石油气等9.1新能源材料概述9.1.1世界能源状况与面临的挑战（1）能源需求不断增加表1世界一次能源消费的增长率能源与人类社会的生存与发展休戚相关。人类社会的发展伴随着能源消耗的增加。（2）能源消费仍以矿物能源为主今天，世界能源仍以矿物能源（煤、石油、天然气等）为主。例如：1980年、1990年、2000年
2、的矿物能源在总的能源消费中所占的比例分别为86.8%、87.5%和83.0%。国际应用系统分析研究所（IIASA)曾预测到2030年矿物能源所占的比例是79.6%。（3）能源结构发生变化人类能源消费的另一趋势是能源结构的变化。这种变化一方面反映出人类能源技术的进步，另一方面也反应出产业结构和社会生活的变化。表2世界能源消费结构的变化1950年1960年1970年1980年1990年2000年煤/%57.746.030.528.327.329.4油/%31.037.848.748.638.636.2天然气/%9.714.218.619.921.619.2
3、水力/%1.62.02.12.36.75.0核能/%0-0.10.95.810.2（4）矿物能源面临枯竭石油天然气煤炭铀确认储量1368亿t1380000亿m310392亿t低品位铀约139万t,高品位铀约61万t1992年产量6800万t21600亿m346.5亿t2.7万t(不包括社会主义国家）按1992年需求，预计可开采年数466421974按2000年需求，预计可开采年数2556按2010年需求，预计可开采年数15表3世界矿物能源储量、产量及其可开采年数预测（5）矿物燃烧造成环境污染矿物燃烧时放出的二氧化硫、一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物、三四苯
4、并芘、烟尘等将造成环境污染，有害于人类和自然环境。9.1.2新能源与材料（1）新能源什么是新能源？新能源是指新开发利用或正在研究开发的能源，包括太阳能、氢能、核能、地热能、海洋能和生物能等。新能源的开发一方面依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。（2）新能源材料新能源材料的作用：※把习用已久的能源变为新能源。※提高储能和能力转化效果。※确保新能源系统运行的安全和环境保护，尤其是核反应堆的安全性和核废料的处理。※决定新能源的投资与运行成本。9.2储氢材料9.2.1储氢材料概述（1）氢能氢能
5、是人类未来理想的能源，具有能量密度高（1kg氢燃烧放出的热量是1kg汽油的3倍、或1kg煤的4倍）；清洁无污染（燃烧产物是水，不污染环境）；资源丰富（水中含氢量达11.1%）等特点。问题：存储难。气态储存要用很重的高压气瓶；液态储存既要消耗大量的能量又有与空气混合引起爆炸的危险。（2）储氢材料的定义和分类储氢材料的定义：能以物理或化学方式保存氢气而使氢气改变状态的材料叫做储氢材料。储氢材料的分类：※活性炭储氢材料※储氢合金※无机化合物储氢材料※有机液体氢化物储氢材料（3）储氢原理物理法储氢的基本原理储氢材料的物理吸附作用化学法储氢的基本原理储氢材料与氢
6、气生成氢化物，然后氢化物在一定条件下放出氢气达到储氢目的。金属储氢是化学法储氢，其化学反应原理为：正向反应为储氢，逆向反应为释氢（4）储氢材料应具备的条件※易活化、氢的吸储量大。※用于储氢时,氢化物的生成热小，用于蓄热时生成热要尽量大。※在室温附近时，具有合适的平衡分解压。※氢的吸储或释放速度快，氢吸收和分解过程中的平衡压力小。※对不纯物的耐中毒能力强。※当氢反复吸储和释放时，性质不会恶化。※金属氢化物的有效热导率大。※储氢材料价廉。9.2.2典型储氢材料（1）稀土系储氢合金在已开发的一系列储氢材料中，稀土系储氢材料性能最佳，应用也最广。其中LaNi5
7、是稀土储氢材料的典型代表。优点：初期氢化容易，反应速度快，吸/放氢性能优良，20℃时氢分解压仅几个大气压。缺点：镧价格高，循环退化严重，易粉化。采用第三组分元素M(Al,Cu,Fe,Mn,Ga,In,Sn,B,Pt,Pd,Co,Cr,Ag,Ir)替代部分Ni改善LaNi5和MmNi5储氢性能。（2）钛系储氢合金Ti-Fe:储氢量大，价廉，吸氢和脱氢速度较快。但是，活化困难，易中毒。Ti-Ni:Ti-Ni,Ti2Ni,TiNi-Ti2Ni,Ti1-yZryNix(x=0.5~1.45,y=0~1.0),TiNi-Zr7NI10,TiNiMm.Ti-Mn:
8、粉化严重，中毒再生性差，添加少量其他元素（Zr,Co,Cr,V)可进一步改善其性能。（3）镁系
