新能源材料設計及性能預測分析

樊松昊

【摘 要】隨著經濟的飛速發展，能源問題越來越成為制約經濟發展的重要因素，人們對于能源問題的關注程度越來越高，綠色環保、可再生的新能源材料的應用可以當前緩和經濟發展與環境保護的矛盾，調解能源供需現狀。新能源材料的開發和應用能力，取決于其開發技術的更新應用。本文在概述新能源材料的發展現狀及發展前景的基礎上，對新能源材料的性能預測做出分析，驗證當前新能源材料在各個行業應用的普適性。

【關鍵詞】新能源材料；性能預測

能源問題在工業社會中一直是困擾經濟發展的重要問題，粗放型的傳統能源的使用對于環境造成的影響不可逆轉，能源利用帶來的經濟利益與人居環境之間的矛盾日益突出，加劇的空氣質量問題讓社會不得不重新審視人類的生存問題及能源消費的結構問題。

1 新能源材料的發展現狀

當前材料學對于新能源材料研究的熱點技術前沿包括高能儲氫材料、聚合物電池材料、中溫固體氧化物燃料電池電解質材料、多晶薄膜太陽能電池材料等。其研究現狀和發展情況可以概括如下。

1.1 鋰離子電池及其關鍵材料

鋰離子電池及其關鍵材料的研究是當前新能源材料研究在技術方面成果最為豐富的領域之一，在其相關產業鏈的形成及發展呈現的效果也效果良好。這一領域的研究熱點是開發適用高性能的鋰離子電池的材料、設計、技術。鋰離子電池的正負極材料研究熱點是ɑ-NaFeO■型層狀結構和尖晶石結構，負極材料研究熱點材料代表是以中間相碳微球（MCMB）和石墨材料。我國的鋰離子正極材料在世界范圍內占據重要地位，品質良好，需求量逐年增加，有色金屬價格的上升也形成新政及材料的開發熱潮；負極材料主流是中間相炭小球（MCMB），國內最大供應商年產量一千噸，國內鋰離子電池關鍵材料基本配套，為未來更大空間的發展提供了良好的物質環境和有利條件。

1.2 鎳氫電池及其關鍵材料

鎳氫電池是近年來開發的容量大、沒有記憶效應、綠色清潔的新型電池，主要使用貯氫合金材料。鎳氫電池最早由荷蘭研制開發，產業化最快的卻是日本，其產品性能、產量及技術革新都居于世界前列，我國的小功率鎳氫電池產業優勢明顯，出口量年增長率在30%以上。目前，世界各國都計劃將鎳氫電池運用于電動汽車的開發計劃，鎳氫電池的未來發展方向方形密封、大容量、高比能。

1.3 燃料電池材料

燃料電池材料在工業方面應用廣泛，比如：燃料電池電站、電動汽車及民用電器等場合，與氫能關系密切。二十世紀七十年代國外先進技術已經將其應用于航天技術，九十年代開始在潛艇方面應用。燃料電池作為電源在電動汽車上年使用也是近年來燃料電池研究的目標之一。在材料方面，主要以電解質材料合成及薄膜化、電極材料合成與電極制備、密封材料及相關測試表征技術的研究。

1.4 太陽能電池材料

許多發達國家將太陽能光電技術放在新能源開法利用的首位，單晶硅電池和多晶硅電池的轉換效率分別達到20%和17%，社會各界關注廣泛。美國砷化鎵太陽能電池的轉化效率已經達到可觀的20%-28%，目前利用多層結構還可以將轉換效率進一步提高，以高效堆積式多結砷化鎵太陽能電池為例，轉換效率達31%，多層復合砷化鎵電池轉換效率甚至已經達到了40%。

1.5 發展核能的關鍵材料

中國核電的發展目前由適度發展向加速發展轉移，同比增長120%，我國未來計劃投入5000億元加速再生能源和核電的發展，沿海計劃建成28座核電站，核電裝機總容量計劃在2020年達到占據全部裝機總容量的4%，核電的發展，取決于核電材料的的研究發展，我們國家的核電材料在整體性方面還不能完全滿足核電研制及生產標準，品種較為單一、基礎研究程度不夠、應用于經濟發展的力度及程度不夠。

2 推動新材料發展的對策及建議

我國的新材料的發展需要由政府主導，加強能源材料產業鏈的凝聚力，促進產業集群效應貫通，提升我國嫩館材料的整體競爭力，加大技術投入和資金支持，帶動相關產業的發展；政府對于新能源開發也需要構建科技創新平臺，配套相關政策措施，培育可以與國際發展并肩甚至領先的研發成果，加快新能源材料的產業化建設，推動能源材料及能源產業的發展；極大相關頂尖人才的引進力度，包括科研人才、產業化人才、成果轉化人才等，加強國際間的交流與合作，互相學習指正，優化科研環境，為優秀人才提供相應的優惠政策，吸引更多的國內外人才加入新能源材料的研究開發。

在發展新能源材料的對策方面，參照日本，加大基金投入和技術研發支持，自上個世紀九十年代，日本對于鈉硫電池進行無償的資金支持，扶持示范性項目，并對投入商業運作的產業進行補貼；參照美國，進行立法支持，2007年美國頒布“能源獨立與安全法”將電力儲能技術作為智能電網的一部分進行重點支持，國家專項撥款扶持儲能相關項目的研究發展，我國可以根據國內實際情況及新能源發展形勢，在參照國外扶持手段的基礎上作出調整，加速新能源材料的研發應用。

3 結語

新能源的研發，取決于對于新能源材料的發現及物性認識和新技術的突破，針對新能源材料的性能預測和分析，旨在建立新能源材料與現實需求之間的普適性聯系，符合時代的發展要求。新能源材料的開發，并不是在一朝一夕之間可以完成和應用的，目前階段，在加大政府支持力度的同時，對于傳統能源的利用還需要進一步調整其布局結構，堅持經濟發展與環境保護相協調，強化新能源的地位，促進可持續發展戰略與科教興國戰略的緊密結合。新能源材料的研究和開發設計專業學科領域廣泛，需要眾多專業協同才有可能取得階段性、突破性的成果，以應用于經濟建設，服務于社會發展，為能源的利用效率及種類提供更多的選擇。

【參考文獻】

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[責任編輯：田吉捷]