1.1新能源及其新材料

1、 能源是人类活动的物质基础能源是人类活动的物质基础。在某种意义上讲，人类 社会的发展离不开优质能源的出现和先进能源技术的 使用。在当今世界，能源的发展，能源和环境，是全 世界、全人类共同关心的问题，也是我国社会经济发 展的重要问题。 究竟什么是究竟什么是“能源能源”呢？呢？ 科学技术百科全书说：“能源是可从其获得热、 光和动力之类能量的资源”； 大英百科全书说：“能源是一个包括着所有燃料、 流水、阳光和风的术语，人类用适当的转换手段便可 让它为自己提供所需的能量”； 能源的定义有能源的定义有20多种多种 可见，能源是一种呈多种形式的，且可以相互转换可见，能源是一种呈多种形式的，且可以相互转换

2、的能量的源泉。的能量的源泉。 能源分类 一次能源 二次能源(经转换经转换 或提炼或提炼） 可再生能源非再生能源 风能，水能，太 阳能，地热，海 洋能，生物能 化石燃料（煤， 石油，天然气） 铀 电能，氢能，汽 油，柴油等 (1) 人类社会对能源的需求不断增加。 能源是与人类社会的生存与发展休戚相关的。 18世纪末，世纪末，煤炭煤炭作为蒸汽机的原动力，成为当时作为蒸汽机的原动力，成为当时 的主要能源的主要能源 20世纪世纪40年代，年代，石油液态燃料石油液态燃料作为内燃机、燃气轮作为内燃机、燃气轮 机的动力，成为当时的主要能源机的动力，成为当时的主要能源 表1 世界一次能源消费的增长率 人类社会

3、的发展伴随着能源消耗的增加。 表2 世界一次商品能源构成 小型的可移动电源可移动电源的需求量增长很快，这 主要是信息技术发展的结果；特别是近年来笔 记本电脑、手提电话等移动通信、摄像机、声 像设备以及一些军用电子设备的发展，对电池 的能量密度要求更高，并要求能够反复使用。 因此促进了高容量二次电池的发展。 石油/年天然气/年煤/年铀/年 世界495726260 中国236110230 最近几十年来，地球日益变暖。 地球为什么会变暖 这是由于人类大量使用能源而 放出的热量使地球变暖的吗 l单原子气体和空气、氢气、氧气、氮气 等分子结构对称的双原子气体实际上并 无发射和吸收辐射能的能力。它们可以

4、看作是热辐射的透明体。 l二氧化碳、水蒸汽、二氧化硫、甲烷、 氟利昂（制冷剂）等三原子和多原子气 体则有相当的辐射和吸收能力。 l上述气体的辐射和吸收 l具有明显的选择性，即它 l们对某些波长段有吸收和 l辐射能力，对该波长段以 l外的则不吸收。 “温室效应温室效应”使地球变暖带来的严重后果使地球变暖带来的严重后果 A、根据、根据IPCC（Intergovernmental Panel on Climate Change ）的预测，的预测，2050年地球的平均气温将增加年地球的平均气温将增加2.51 B、专家认为：近、专家认为：近100 年来，全球年平均气温上升了年来，全球年平均气温上升了 0

5、.6。预计到。预计到2100年，全球年平均气温将比年，全球年平均气温将比1990年年 上升上升1.53.5 C、美国皮尤全球气候变化研究中心发表的一份报告估、美国皮尤全球气候变化研究中心发表的一份报告估 计，到计，到2100年全球气温将升高年全球气温将升高1.3-4.6摄氏度，并导摄氏度，并导 致海平面升高致海平面升高17-99 厘米。厘米。 D、全球森林面积迅速下降，现有森林已无法吸收各国、全球森林面积迅速下降，现有森林已无法吸收各国 所排放的二氧化碳，已使大气层中二氧化碳含量迅所排放的二氧化碳，已使大气层中二氧化碳含量迅 速增加，整个气候状况已经进入恶性循环状态。速增加，整个气候状况已经进

6、入恶性循环状态。 E、气候变暖有可能导致极地冰帽迅速融化，进而使海 平面上升，引发大规模洪水。在地球历史上发生于 15万年前的冰川期则只是因为在2万年内地球气温升 高5所造成的。 温室效应还会造成极端降水（暴雨、暴雪）、飓风、 山崩及泥石流等“非常事件”将频繁出现。专家们 注意到，在过去几年里，衡量气候变化的“非常事 件指数”（Extrenme Event lndex）不断攀高，由于 气候变化而引起的自然灾害随时可能出现。 G. 温室效应造成厄尔尼诺现象频繁发生，气候异常、 危害严重 统计数据统计数据 世界十大严重污染城市 中国占： 个7 因二氧化硫排放每年经济损失1126 亿元(世界银行统计

7、超过5000亿元) l人均能源拥有量低、储备量低； l能源生产和消费结构依然以煤为主； l能源利用效率低； l环境污染严重 1、积极开发利用新能源积极开发利用新能源； 2、提高能源利用率； 3、努力改善能源结构； 4、加速实施洁净煤技术； 5、合理利用石油和天然气； 新能源（或清洁能源）： 太阳能、生物质能、核能（不属于清洁能源 ）、风能、地热、海洋能等一次能源和二次能源 中的氢能氢能。 新能源的开发一方面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材料的开发与应 用用，使新系统得以实现，并提高效率，降低成本 。 广义上，凡能源工业及及能源利用技术所 需的材料都可称为能源材料能

8、源材料。 l新能源材料如增殖堆用核材料、太阳能电池材料 l节能材料如非晶态金属磁性，超导材料。 储能材料如贮氢（吸氢）材料，高比能电池材料 l新材料把原来习用已久的能源变为新能源。 如：半导体材料把太阳能有效地直接转变为电能；燃料电池能如：半导体材料把太阳能有效地直接转变为电能；燃料电池能 使氢与氧反应而直接产生电能，代替过去利用氢气燃料获得使氢与氧反应而直接产生电能，代替过去利用氢气燃料获得 高温。高温。 l一些新材料可提高储能和能力转化效果 如：镍电池、锂离子电池等都是靠电极材料的储能效果和能量如：镍电池、锂离子电池等都是靠电极材料的储能效果和能量 转化功能而发展起来的新型二次电池。转化功能而发展起来的新型二次电池。 l 新材料决定着核反应堆的性能与安全性。 l 材料的组成、结构、制作、加工工艺决定 着投资与运行成本。 如：太阳电池材料决定着光电转换效率；太阳电池材料决定着光电转换效率； 燃料电池的电极材料决定着电池的质量和燃料电池的电极材料决定着电池的质量和 寿命；寿命；