1、新能源材料修平科大修平科大 能材系能材系林孫基林孫基 Chemistry Letters 2005,34(1):8-13Nobel laureate R. Smalley :能源枯竭能源枯竭環境污染環境污染兩大挑戰？新能源材料新能源材料21.1能源危機能源危機全球化石燃料總量不斷減少。全球化石燃料總量不斷減少。 石油，天然氣，煤石油，天然氣，煤 31.2環境污染環境污染對人類未來的發展構成威脅。每年排放的二氧化碳呈上升趨勢，全對人類未來的發展構成威脅。每年排放的二氧化碳呈上升趨勢，全球氣候變暖。空氣中大量粉塵，酸雨，光化學煙霧球氣候變暖。空氣中大量粉塵，酸雨，光化學煙霧4o人類社會對能源的人類
2、社會對能源的需求持續增長需求持續增長，能源需求，能源需求結構結構也在發生也在發生變化變化，與此同時人類又面臨著礦物能源，與此同時人類又面臨著礦物能源環境污染和枯竭環境污染和枯竭的的難題，這一切都激勵著新能源的出現和發展。難題，這一切都激勵著新能源的出現和發展。o太陽能、氫能、核能、生物能、風能、地熱、海洋能等被太陽能、氫能、核能、生物能、風能、地熱、海洋能等被認為是認為是新能源新能源，但它們，但它們必須依靠新材料必須依靠新材料的開發與應用才能的開發與應用才能得以得以實現實現，並進一步，並進一步提高效率、降低成本提高效率、降低成本 。o新能源材料就是用於新能源生產、轉換和應用所需的材料。新能源材
3、料就是用於新能源生產、轉換和應用所需的材料。5新能源與新材料新能源與新材料 新材料把原來已經使用的能源變成新能源。新材料把原來已經使用的能源變成新能源。例如：半導體材料半導體材料把太陽能太陽能有效地直接轉變為電能電能，有別于人們利用太陽的烘烤烘烤；燃料電池燃料電池能使氫與氧反應反應而直接產生電能電能，代替過去利用氫氣燃料獲得高溫（熱能）高溫（熱能）。6o 一些新材料可一些新材料可提高儲能和能量轉化效果提高儲能和能量轉化效果。 金屬氫化物鎳電池、鋰離子電池等都是金屬氫化物鎳電池、鋰離子電池等都是依靠電極材料的依靠電極材料的儲能效果和能量轉化功儲能效果和能量轉化功能能而發展起來的新型二次電池。而發
4、展起來的新型二次電池。o新材料決定了新材料決定了核反應爐核反應爐等新能源的等新能源的安全安全。o材料工藝決定著新能源的材料工藝決定著新能源的成本成本。7太陽能太陽能o太陽照射到地面的能量相當於全球能耗的數萬倍數萬倍，既無污染無污染，又是永久性能源永久性能源。但太陽輻射到地球的能能量密度太低量密度太低，還受時間、氣候的影響時間、氣候的影響。o太陽能的利用形式主要有兩種兩種:一是熱能的直接直接利用利用，如利用鏡面或反射槽鏡面或反射槽將太陽光聚焦在收集器收集器上，由中間介質吸熱產生蒸汽由中間介質吸熱產生蒸汽，推動氣輪機組發電發電，美國單台容量己達80MW；另一種形式是利用小型太陽能小型太陽能裝置裝置
5、為房屋採暖供熱，現己大量應用大量應用。8o太陽能電池太陽能電池9o研製高效、長壽、廉價的光伏轉換材料高效、長壽、廉價的光伏轉換材料已成為目前能源新材料領域的重要課題重要課題。o當前非晶矽薄膜非晶矽薄膜的最高轉換效率為12.7 ，理論上可達24，缺點是穩定穩定性較差性較差；多晶矽多晶矽為17.7；單晶矽單晶矽為28.7，G a As及G a I n P可高達2530。據報導，美研製出氮化鎵銦氮化鎵銦高效太陽能電池可吸收50%以上能量。10o目前，太陽能電池組成本為 5美元美元/千瓦千瓦，估計要降到0.4美元美元左右才能在電價方面與常規發電（常規發電（6 11美分美分/千瓦）千瓦）有競爭力。太陽能
6、電池中，材料費可達材料費可達60% 80 %。因此，發展厚度僅1 2m的非晶薄非晶薄膜膜（相對於50m的多晶矽膜的多晶矽膜 ）對節約材料節約材料和費用費用具有顯著的意義。近年來正在研製便於大規模大規模製造的燃料納米半導體材料燃料納米半導體材料及有機有機光伏轉換薄膜光伏轉換薄膜。11o儘管太陽能利用成本較高成本較高，在某些日照時間長、居民分散度大的地區日照時間長、居民分散度大的地區建立太陽能電站還是有意義的，因此發達國發達國家家都在積極開發太陽能，如美國美國“百萬百萬屋頂計畫屋頂計畫”，德國，德國“十萬屋頂十萬屋頂”計畫計畫及日本日本“1600個屋頂個屋頂” 太陽能電池系統等。我國西部西部地區日
7、照好、居民分散，適合發展太陽能。12o1958年3月17日，美國美國首次在“先鋒一號衛星”上用單晶矽單晶矽太陽能電池提供電源。但功率小得可憐功率小得可憐，只能供一個5毫瓦毫瓦的無線電輔助發射機的用電。以後，全世界數以千計數以千計的衛星上幾乎都裝太陽能電池，功率也逐步增加，有的高達幾十到上百千瓦幾十到上百千瓦。我國1990年9月3日發射的氣象衛星氣象衛星上，也採用了半導體太陽能電池。13o20世紀70年代美國有一個異想天開的計畫，就是在同步人造衛星同步人造衛星上裝兩個兩個16km2的電池板和聚光系統，將所獲電能電能用微波傳到地面用微波傳到地面。由於在大氣層外大氣層外陽光強度比地面高1.4倍倍，又
8、不受氣候影響不受氣候影響，據估計，由此得到的電能成本可與常規電能相比成本可與常規電能相比。但是，除了材料和技術問題以外，是否造成環環境污染境污染還需要論證。14o近年來，國外還研製成了一種用炭黑炭黑來捕捉太陽能以驅動發電機發電驅動發電機發電的裝置。它通過聚光器聚光器把太陽光集聚集聚起來，照照射在一個裝有炭微粒懸浮體的加炭微粒懸浮體的加熱室內熱室內。由於溫度溫度上升，使炭微粒氣化氣化。炭微粒吸收的熱量熱量可用來加熱加熱周圍的空氣空氣，使其達到相當於相當於噴氣發動機的溫度和壓力噴氣發動機的溫度和壓力。於是，被加熱的空氣可用來驅動汽輪機轉動驅動汽輪機轉動，並帶動發電機發電發電。據計算，這種熱電站每小
9、時每小時消耗炭黑約30公斤公斤，可產生供l萬人萬人的城鎮所需要的電力。157.37.3風能風能o太陽能太陽能在地面上約2轉變為風能風能，全球全球風力用於發電功率可達11.3萬億萬億kW，很有發展前景。風能與風速風速密切相關，我國沿海與西北沿海與西北地區的風力資源豐富，大有作為，但風車材料是關鍵風車材料是關鍵。16o個2.5MW的風車，轉子葉片直徑直徑要80，包括傳動箱的總重達30t；風車高高近百米百米，用材幾百噸幾百噸。風車葉片要有足夠的強強度和抗疲勞性能度和抗疲勞性能，目前主要採用玻璃鋼或碳玻璃鋼或碳纖維增強塑膠纖維增強塑膠，正向增強木材增強木材發展。但風能發電裝置造價較高造價較高。17o美
10、國不同能源發電的成本美國不同能源發電的成本187.47.4貯氫材料貯氫材料o氫氣成本低且效率高氫氣成本低且效率高，在能源日益顯現不足和燃油汽車造成人類生存環境極大污染的今天，以氫以氫燃料作為汽車燃料燃料作為汽車燃料的呼聲不斷高漲。世界四大汽車公司，美國的通用通用和福特福特，日本的豐田豐田，德國的戴戴姆勒姆勒賓士賓士，都在加快研製氫燃料汽車加快研製氫燃料汽車的步伐。19o汽車要使用氫燃料作為動力，其關鍵技術環節有兩個兩個，一是貯氫貯氫技術，二是燃料電燃料電池技術池技術。o傳統傳統的貯氫方法有兩種兩種，一種是採用壓壓縮貯氫縮貯氫的方式，用高壓鋼瓶（氫氣瓶）高壓鋼瓶（氫氣瓶）來貯存氫氣；鋼瓶貯存氫氣
11、的容積很小容積很小，即使加壓到l50個大氣壓，瓶裡所裝氫氣的品質還不到氫氣瓶品質的1%，而且還有爆炸爆炸的危險。20o另一種是採用液氫貯氫液氫貯氫的方式，將氫氣降溫到-253變為液體進行貯存；氫氣液化的費用非常昂貴非常昂貴，它幾乎相當於三分之一三分之一液氫的成本；而且，液氫的貯存容形貯存容形異常龐大異常龐大（占去汽車內的有限空間），需要極好的絕熱裝極好的絕熱裝置置來隔熱，才能防止液態氫不會沸騰汽化而避免浪費。以上諸多的原因，使得以氫氣作為汽車動力燃料的應用一直都遇到很大的困難很大的困難。21o儲氫材料在發展發展上有一段有趣的歷史。早在第二次世界大戰第二次世界大戰期間，美國的飛行員飛行員經常隨身
12、攜帶一種象藥丸藥丸但又不是藥的東西，它一放進水水裡就會冒出大量氣體大量氣體。原來這是飛行員的“保命丸保命丸”氫化鋰氫化鋰。當飛行員在海上失事海上失事或被擊落墜海時，只要把它放進特製的盛有水的裝置內，就會立即溶解立即溶解而釋放出大量氫氣大量氫氣。22ol公斤公斤氫化鋰可以釋放出2800升升的氫氣，因此一個氫化鋰丸釋放出的氫氣，足以使救生船、救生衣一類的救生器具充氣膨脹，安全地漂浮在水面上。 這種氫化鋰丸其實就是貯氫材料，但它的儲氫過程複雜儲氫過程複雜，且只能一一次性使用次性使用，氫釋放後，鋰本身很活潑，會立即吸收大量空氣，無法第二次吸氫，因此後來很少應用。23o在1960年，荷蘭菲利浦菲利浦公司
13、研製出吸氫吸氫能力最強能力最強的貯氫材料：鑭鎳系列鑭鎳系列吸氫合金，但成本很高成本很高，競爭不過汽油，這種合金僅僅作為一種戰略儲備戰略儲備。如德國的賓士賓士汽車公司製成了載有代替油箱的鐵鈦系鐵鈦系吸氫合金的氫氫發動機發動機，他們的打算是：一旦汽油緊張，就推出以氫為燃料的賓士汽車。24o 1974年，日本大阪大阪守口市松下松下電器公司中央研究所發生一起怪事：一個氫氣瓶氫氣瓶前一天晚上還儲有10個大氣壓的氫氣，到第二天早上，壓力卻降低到不足1個大氣壓。經仔細檢查，氫瓶並沒有漏並沒有漏氣氣。查來查去，原來問題出在製造氣瓶的材料上。氣瓶製造廠知道鈦錳合金鈦錳合金強度高，耐壓保險，就用它裝氫氣。誰料它有
14、很強的吸氫能力，把瓶內的大部分氫氣吸進瓶壁裡去了。 真所謂“踏破鐵鞋無踏破鐵鞋無覓處，得來全不費功夫覓處，得來全不費功夫”。25o在70年代年代，由於中東中東地區對西方對西方國家實行石油禁運石油禁運，發生了空前的能源危機能源危機。於是，貯氫材料的研究成了熱門課題。而日本日本作為能源最短缺最短缺的發達國家，對此尤其重視尤其重視。這也成為日本是每年申請貯氫合金專利最多專利最多的國家的原因。26o現在，全世界已研究出的儲氫合金，除鈦錳鈦錳合金外，還有鎂鎳鎂鎳合金、鎂銅鎂銅合金、鋁錳鋁錳合金、鋯鉻鋯鉻合金和各種含稀土稀土的儲氫合全。每年都有100種以上的儲氫合金申請專利。這些儲氫合金吸收的氫氣可以為不
15、同的機械或電器提供能源為不同的機械或電器提供能源，例如為汽車、熱泵、空調設備、無雜訊的動力轉換設備、燃料電池等。27新型二次電池新型二次電池 簡介簡介 o 一次電池一次電池使用後，回收不及時或處理不當，常隨普通垃圾一起被丟棄或被填埋，造成資源浪資源浪費費，同時電池中的重金屬元素重金屬元素的洩漏也污染污染了當地的水體和土壤。因此，開發二次新型電池是必要的。28o常用的二次電池的原理原理是通過充、放電過程充、放電過程實現的，即放電時通過化學反應可以產生電能，而施放電時通過化學反應可以產生電能，而施加反向電流時則可使體系回復到原來狀態加反向電流時則可使體系回復到原來狀態，即將電能以化學能形式重新儲存
16、起來的新型電池，它的充、放電反應是可逆可逆的。新型的二次電池對環境的污染污染較小較小，可迴圈使用可迴圈使用，性能優良性能優良，避免了一次電池的上述弊病。這些優勢是導致二次電池迅速發展迅速發展的主要原因推動力推動力，相關背景相關背景還有：29o資訊技術的發展資訊技術的發展，特別是移動移動通信及筆記本電腦等的迅速發展，迫切要求電池小型小型化、輕型化、長的服務時間、長的工作壽命化、輕型化、長的服務時間、長的工作壽命和免維護技術和免維護技術。o為了真正解決汽車尾氣污染汽車尾氣污染，發展零排零排放電動車輛放電動車輛的呼聲愈來愈高，極大地推動著高比熱能量、長壽命二次電池高比熱能量、長壽命二次電池技術的發展
17、。30o全世界天然能源能源正在不斷消耗消耗，終將枯竭，尋求新能源尋求新能源的呼聲愈來愈高。o航太航太領域和現代化武器武器對高性能二次電池的需求非常迫切，諸如：衛星衛星上需求高功率、輕品質的儲能電池；野戰通信野戰通信也要求高比熱量、長壽命的小型二次電池等。31o新型二次電池材料及原理新型二次電池材料及原理32鎳氫二次電池鎳氫二次電池 工作原理33NiMH二次電池二次電池20世紀世紀60年代末，儲氫合金的發現。年代末，儲氫合金的發現。儲氫合金在吸放氫的過程中伴有電化學效應、熱效應等。儲氫合金在吸放氫的過程中伴有電化學效應、熱效應等。1974年開始儲氫合金作為二次電池的負極材料的研究。年開始儲氫合金
18、作為二次電池的負極材料的研究。1984年解決了合金沖放電過程中容量衰減迅速的問題。年解決了合金沖放電過程中容量衰減迅速的問題。 1987年試生產。年試生產。34鎳氫二次電池鎳氫二次電池 1984年實現了利用儲氫合金材料作為負極儲氫合金材料作為負極材料製造出首批首批NiMH電池。美國、日本美國、日本等國競相研究開發儲氫合金材料和NiMH電池。我國也建成了數家年產數百噸儲氫合金材料和千萬隻數百噸儲氫合金材料和千萬隻NiMH電電池池的大型企業。由於NiMH二次電池負極材料負極材料中要使用大量稀土稀土元素，而我國我國的稀土稀土資源十分豐富十分豐富，其儲量位於世界前列，為我國發展NiMH電池打下了良好的
19、基礎良好的基礎。35電池的標稱容量是指設計與製造電池時規定或保證電池在一定的放電池的標稱容量是指設計與製造電池時規定或保證電池在一定的放電條件下，應該放出最低限度的電量電條件下，應該放出最低限度的電量36o鎳氫二次電池鎳氫二次電池37電極材料電極材料正極材料：正極材料： NiMH電池的容量電池的容量為正極所限制。影響球球形形Ni(OH)2正極材料性能的主要因素有化學組化學組成、粒徑大小、粒徑分佈、結構缺陷和表面成、粒徑大小、粒徑分佈、結構缺陷和表面活性活性等，須進一步提高正極的放電容量和迴放電容量和迴圈穩定性圈穩定性。38負極材料：負極材料：用於NiMH電池負極材料的儲氫合金儲氫合金應滿足下述
20、條件：p 電化學儲氫容量高儲氫容量高，在較寬的溫度溫度範圍內不發生太大的變化；p 在氫的陽極氧化電位範圍內，儲氫合金具有較強的抗陽極氧化抗陽極氧化能力；39o在熱堿熱堿電解質溶液中合金組分的化學化學性質相對穩定性質相對穩定；o反復反復充放電過程中合金不易粉化不易粉化，製成的電極能保持形狀的穩定形狀的穩定；o合金應有良好的電和熱的傳導性良好的電和熱的傳導性；o原材料成本低廉成本低廉。40o目前研究的儲氫合金負極材料主要有AB5型稀土鎳系稀土鎳系儲氫合金、AB2型Laves合金、AB型Ti-Ni系合金，A2B型鎂基鎂基儲氫合金以及V基固溶體基固溶體等幾種類型。上述5種類型的儲氫合金中，AB5被最早
21、最早應用於電極材料，對其研究也最為廣泛最為廣泛；而AB2型、A2B型及固溶體因具有更高的容量更高的容量正受到更多的研究。41 與已廣泛應用的NiCd電池電池相比，NiMH電池具有如下獨特的優勢優勢：能量密度高能量密度高。同尺寸的電池容量是NiCd電池的1.52倍；無鎘污染無鎘污染；可以大電流快速充放電大電流快速充放電；工作電壓1.2V，與NiCd電池具有互換性。互換性。42 發展優勢發展優勢 o能量密度高；o無鎘污染，又被稱為綠色電池；o可以大電流快速充放電；oNiMH電池的工作電壓也是1.2V，與NiCd電池具有互換性等獨特優勢。 因此它在小型可擕式電子器件中獲得了廣泛應用，已經佔有較大的市
22、場份額。隨著研究工作的深入和技術的發展，NiMH電池在電動工具、電動車輛和混合動力車上也正在逐步得到應用，形成新的發展動力。 另外，發展高功率和大容量電池始終是NiMH電池技術的研究熱點。43鋰離子二次電池鋰離子二次電池 鋰離子電池是19911991年由日本SONYSONY公司開發完成的鋰離子電池系統（LiCoO2C）後進入量產量產階段的。這種新型蓄電池具有高的工作電壓（平均工作電壓為高的工作電壓（平均工作電壓為3.63.7V3.63.7V）和高的比能量高的比能量，優於常用的鎳鎘電池和鎳鎳鎘電池和鎳氫電池氫電池，還具有長迴圈壽命、無記憶效應長迴圈壽命、無記憶效應（如果電池的電量沒有被完全放盡沒
23、有被完全放盡就充電充電導致的電池容量降低電池容量降低的現象）和污染少和污染少（鋰離子電池的金屬含量最低金屬含量最低）等優點，因此成為目前商業開發二次電池的主流主流。44o 高能電池的開發首先從尋找高比能量的電極材料開始。在所有金屬元素中，鋰的相對原子品質最小(6.941)、密度最小(0.534103Kgm-3)、電化當量最小(0.259gAh-1)、電極電位最負(-3.045V vs. NHE)，因此，以金屬鋰為負極的電池具有最高的工作電壓、最大的比能量45再加上鋰高分子電池鋰高分子電池的發明，使用高分子電解質不但沒有漏液沒有漏液的問題，而且由於鋰離子電池具有優異的電性能及安全、無公害優異的電
24、性能及安全、無公害，形狀有高度的可塑性可塑性等特點，符合電子產品輕、薄、短、小輕、薄、短、小的要求，所以備受各國科學家及電池業的重視，發展極快重視，發展極快。鋰離子電池被人們稱為“綠色環保能源綠色環保能源”和和“跨世紀的跨世紀的能源革命能源革命”。46鋰離子二次電池鋰離子二次電池- -工作原理工作原理 47o鋰離子二次電池鋰離子二次電池48 據德國汽車與體育雜誌報導，賓士CLKSmart電動雙座微型車使用鋰離子電池。二次電池49鋰離子電動車 整車重量75kg，電機功率180W，最高時速25km/h，行程=50km50混合動力公車混合動力公車51日本索尼公司鋰離子電池52力神公司鋰離子電池目錄5
25、3目前鋰離子電池的優點-鋰離子電池與鎳鎘、鎳氫電池性能的對比54正極材料：正極材料： 鋰離子電池正極材料不僅作為電極材料電極材料參與電化學反應，而且是電池的鋰離子源鋰離子源。現在已經用於鋰離子電池生產的正極材料為LiCoO2。比較比較廉價廉價的電極材料為LiNiO2和和LiMn2O4，它們正在被廣泛研究廣泛研究並已經在電池中試用試用。55負極材料：負極材料：在二次鋰離子電池的發展中，其負極材料經歷了由金屬鋰鋰到鋰合金鋰合金、碳材料碳材料、氧化物氧化物、納米合金納米合金的演變過程：鋰離子電池負極材料的演變鋰離子電池負極材料的演變56o電解質材料：電解質材料：o 電解質的作用是在電池內部正負極之間
26、形成良良好的離子導電通道好的離子導電通道。水溶液、有機溶液、聚合物、水溶液、有機溶液、聚合物、熔鹽或固體材料熔鹽或固體材料均可作為電解質材料。o 水水對許多離子具有很強的溶解能力很強的溶解能力。水溶液電解質具有離子狀態穩定、粘度小、電導率高離子狀態穩定、粘度小、電導率高的優點，是目前應用最廣泛應用最廣泛的電解質。然而，受到水的分解分解電壓電壓的限制，水溶液電解質電池的最高電壓只能在2.0V以內以內。57o採用有機溶劑有機溶劑電解質後，由於使用強還原性活潑金屬活潑金屬及其化合物作為負極材料，電池的工作電壓工作電壓得以大幅度提高大幅度提高。但有機溶液的電導率電導率通常較水溶液低低得多，有機電解液電
27、池的輸出功率比較低輸出功率比較低。o使用熔融無機鹽熔融無機鹽作為電解質，具有高電高電導率和高電壓導率和高電壓的優點，但僅能在高溫高溫下工作。58o聚合物或無機固體聚合物或無機固體作為電解質的主要優點是無漏液無漏液，電池的尺寸形狀容易尺寸形狀容易設計設計，電池的可靠性可靠性大為提高。59o發展電動汽車用大容量電池發展電動汽車用大容量電池 電動汽車候選電池性能比較電動汽車候選電池性能比較發展方向發展方向60發展方向o開發及使用新的高性能電極材料開發及使用新的高性能電極材料o加速聚合物電池的開發以實現電池的加速聚合物電池的開發以實現電池的薄型化薄型化61燃料電池燃料電池 燃料電池是一種把燃料所具有的
28、化學能直接轉換成電燃料電池是一種把燃料所具有的化學能直接轉換成電能的化學裝置，又稱電化學發電器。它是繼水力發電、熱能能的化學裝置，又稱電化學發電器。它是繼水力發電、熱能發電和原子能發電之後的第四種發電技術。燃料電池發生電發電和原子能發電之後的第四種發電技術。燃料電池發生電化學反應的實質是氫氣的燃燒反應。它與一般電池不同之處化學反應的實質是氫氣的燃燒反應。它與一般電池不同之處在於燃料電池的正、負極本身不包含活性物質，只是起催化在於燃料電池的正、負極本身不包含活性物質，只是起催化轉換作用。所需燃料轉換作用。所需燃料( (氫或通過甲烷、天然氣、煤氣、甲醇、氫或通過甲烷、天然氣、煤氣、甲醇、乙醇、汽油
29、等石化燃料或生物能源重整制取乙醇、汽油等石化燃料或生物能源重整制取) )和氧和氧( (或空氣或空氣) )不不斷由外界輸入，因此燃料電池是名符其實的把化學能轉化為斷由外界輸入，因此燃料電池是名符其實的把化學能轉化為電能的裝置。從節約能源和保護生態環境的角度來看，燃料電能的裝置。從節約能源和保護生態環境的角度來看，燃料電池是最有發展前途的發電技術。電池是最有發展前途的發電技術。 62u1839年年Grove利用氫、氧反應生成水，同時有電流產生的原理發明了氫氫-氧燃料電池氧燃料電池，但由於原材料原材料等原因，研究進展十分緩慢十分緩慢。u直到二十世紀六十年代二十世紀六十年代，美國阿波羅阿波羅太空船為實
30、現登月計畫需要一種不產生廢料的大功率、高能量密度的電源不產生廢料的大功率、高能量密度的電源，才使鹼性燃料電池鹼性燃料電池（AFC）在航空航太領域進入實用化實用化階段，但其昂貴的成本昂貴的成本限制了其商業化商業化的可能性u半個世紀以來，美國、日本等國投入了大量人力、財力進行燃料電池的研究，相繼開發了磷酸型燃料電池（磷酸型燃料電池（PAFC）、熔融碳酸鹽型燃）、熔融碳酸鹽型燃料電池（料電池（MCFC）和固體氧化物燃料電池（）和固體氧化物燃料電池（SOFC）。6364博能燃料電池博能燃料電池 功率功率: 200W重量重量: 9kg亞太燃料電池亞太燃料電池功率功率: 3,000W重量重量: 10kg燃
31、料電池燃料電池65燃料電池汽車本田新型燃料電池車FCX Clarity投產 燃料電池燃料電池：效率高，無：效率高，無污染，用於汽車，但質污染，用於汽車，但質子交換膜與催化劑太貴，子交換膜與催化劑太貴，目前為目前為$125/kw，內，內燃機為燃機為$30/kw。今。今後可能會便宜，因無轉後可能會便宜，因無轉動部件，構造簡單。動部件，構造簡單。66BMW745H上採用了上採用了4.4LV8氫氫/汽油雙燃汽油雙燃料發動機，輸出功率達料發動機，輸出功率達135kw，最高時速，最高時速215km/h最大續航里最大續航里程達到程達到300km。67核能核能o核能是廉價廉價的清潔清潔能源，核電占世界電能的1
32、7，已建核電裝置400餘座餘座。但是由於核電站的安全安全與廢料處理廢料處理問題，目前核電發展受到限制限制。68o對於裂變堆裂變堆材料而言，燃料燃料常常是UO2或或UN，慢化劑慢化劑（中子減速）採用水、重水、水、重水、鈹和石墨鈹和石墨等，控制材料控制材料（吸收中子）常用B4C、硼矽酸玻璃、鉿、硼矽酸玻璃、鉿等，冷卻劑冷卻劑（傳熱）一般是水、重水、二氧化碳、氦水、重水、二氧化碳、氦，反射反射層（中子）採用鈹、石墨鈹、石墨等，遮罩遮罩材料（射線、熱中子）如鐵、鉛、混凝土、硼鋼鐵、鉛、混凝土、硼鋼，反應堆容器容器採用高強鋼高強鋼。69o核聚變核聚變反應燃料燃料是氫的同位素氘、氘、氚氚及惰性氣體He（氦
33、-3），氘和氚在地球上蘊藏極其豐富極其豐富，據測，每1升升海水海水中含30毫克毫克氘，而30毫克氘聚變產生的能量相當於300升汽油升汽油。一座100萬千瓦萬千瓦的核聚變電站，每年耗氘量只需304千克千克。70o由於原料氘和氚在海水中的豐富蘊藏，核聚變被視為“永久能源永久能源” ，也沒有核廢核廢料的威脅料的威脅（主要生成氦氦）。核聚變能產生上上億度的高溫億度的高溫，雖然用磁場束縛（托卡馬克法）磁場束縛（托卡馬克法）使高溫等離子體不直接接觸材料使高溫等離子體不直接接觸材料，但對材料對材料要求還是十分苛刻要求還是十分苛刻，如耐中子輻射、耐高溫耐中子輻射、耐高溫和抗氫脆和抗氫脆等。因此，材料材料是聚變
34、堆能否實用化的關鍵因素關鍵因素。71新能源材料有待解決的課題新能源材料有待解決的課題（1 1）提高能量的利用率和轉換率）提高能量的利用率和轉換率 研究新材料、新結構、新效應以提高能量的利用效率與轉研究新材料、新結構、新效應以提高能量的利用效率與轉換效率換效率（2 2）資源的合理利用）資源的合理利用 新能源的大量應用必然涉及到新材料所需原料的資源資源問題。例如，太陽能電池若能部分地取代常規發電部分地取代常規發電，所需的半導體材料要在百萬噸百萬噸以上，因此，一方面，我們應儘量利用豐度較高的元素，如矽等豐度較高的元素，如矽等；另一方面，盡可能地實現薄膜化薄膜化技術以減少材料的使用量。72o又如，燃料
35、電池燃料電池中要使用鉑做催化劑鉑做催化劑，如何用一種新的材料來代替代替或者用新的工藝來減少減少使用這種元素的量，也是必須注意加以解決的課題。o此外，當新能源材料發展到一定規模時，還必須考慮廢料中有價值元素的回收工藝與循環使用有價值元素的回收工藝與循環使用的問題。73（3 3）安全與環境保護）安全與環境保護這是新能源材料能否大規模應用的關鍵關鍵。例如，雖然鋰電池鋰電池具有優良的性能，但由於最初鋰二次電池在應用過程中出現過因短路造成的燒傷事件短路造成的燒傷事件，因而嚴重影響了它的嚴重影響了它的應用應用，直到改用碳材料碳材料作為負極才使上述問題得以解決解決。另外，有些新能源材料在生產過程中也會產生三廢（如核三廢（如核廢料廢料）而對環境造成污染污染，這也是新能源材料必須考慮解決的問題。74（4 4）材料規模生產製程與設備）材料規模生產製程與設備 新能源材料進入產業化產業化階段後，材料的製程製程與設備與設備就成為關鍵的因素，必須滿足高效率、高成品率、高可靠性、高效率、高成品率、高可靠性、環保、低成本環保、低成本的要求。75
