樊松昊

【摘 要】隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，能源問題越來越成為制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素，人們對(duì)于能源問題的關(guān)注程度越來越高，綠色環(huán)保、可再生的新能源材料的應(yīng)用可以當(dāng)前緩和經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)的矛盾，調(diào)解能源供需現(xiàn)狀。新能源材料的開發(fā)和應(yīng)用能力，取決于其開發(fā)技術(shù)的更新應(yīng)用。本文在概述新能源材料的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展前景的基礎(chǔ)上，對(duì)新能源材料的性能預(yù)測(cè)做出分析，驗(yàn)證當(dāng)前新能源材料在各個(gè)行業(yè)應(yīng)用的普適性。

【關(guān)鍵詞】新能源材料；性能預(yù)測(cè)

能源問題在工業(yè)社會(huì)中一直是困擾經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要問題，粗放型的傳統(tǒng)能源的使用對(duì)于環(huán)境造成的影響不可逆轉(zhuǎn)，能源利用帶來的經(jīng)濟(jì)利益與人居環(huán)境之間的矛盾日益突出，加劇的空氣質(zhì)量問題讓社會(huì)不得不重新審視人類的生存問題及能源消費(fèi)的結(jié)構(gòu)問題。

1 新能源材料的發(fā)展現(xiàn)狀

當(dāng)前材料學(xué)對(duì)于新能源材料研究的熱點(diǎn)技術(shù)前沿包括高能儲(chǔ)氫材料、聚合物電池材料、中溫固體氧化物燃料電池電解質(zhì)材料、多晶薄膜太陽能電池材料等。其研究現(xiàn)狀和發(fā)展情況可以概括如下。

1.1 鋰離子電池及其關(guān)鍵材料

鋰離子電池及其關(guān)鍵材料的研究是當(dāng)前新能源材料研究在技術(shù)方面成果最為豐富的領(lǐng)域之一，在其相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的形成及發(fā)展呈現(xiàn)的效果也效果良好。這一領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)是開發(fā)適用高性能的鋰離子電池的材料、設(shè)計(jì)、技術(shù)。鋰離子電池的正負(fù)極材料研究熱點(diǎn)是ɑ-NaFeO■型層狀結(jié)構(gòu)和尖晶石結(jié)構(gòu)，負(fù)極材料研究熱點(diǎn)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(nèi)占據(jù)重要地位，品質(zhì)良好，需求量逐年增加，有色金屬價(jià)格的上升也形成新政及材料的開發(fā)熱潮；負(fù)極材料主流是中間相炭小球（MCMB），國內(nèi)最大供應(yīng)商年產(chǎn)量一千噸，國內(nèi)鋰離子電池關(guān)鍵材料基本配套，為未來更大空間的發(fā)展提供了良好的物質(zhì)環(huán)境和有利條件。

1.2 鎳氫電池及其關(guān)鍵材料

鎳氫電池是近年來開發(fā)的容量大、沒有記憶效應(yīng)、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(fā)，產(chǎn)業(yè)化最快的卻是日本，其產(chǎn)品性能、產(chǎn)量及技術(shù)革新都居于世界前列，我國的小功率鎳氫電池產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)明顯，出口量年增長率在30%以上。目前，世界各國都計(jì)劃將鎳氫電池運(yùn)用于電動(dòng)汽車的開發(fā)計(jì)劃，鎳氫電池的未來發(fā)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(yè)方面應(yīng)用廣泛，比如：燃料電池電站、電動(dòng)汽車及民用電器等場(chǎng)合，與氫能關(guān)系密切。二十世紀(jì)七十年代國外先進(jìn)技術(shù)已經(jīng)將其應(yīng)用于航天技術(shù)，九十年代開始在潛艇方面應(yīng)用。燃料電池作為電源在電動(dòng)汽車上年使用也是近年來燃料電池研究的目標(biāo)之一。在材料方面，主要以電解質(zhì)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(guān)測(cè)試表征技術(shù)的研究。

1.4 太陽能電池材料

許多發(fā)達(dá)國家將太陽能光電技術(shù)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(zhuǎn)換效率分別達(dá)到20%和17%，社會(huì)各界關(guān)注廣泛。美國砷化鎵太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率已經(jīng)達(dá)到可觀的20%-28%，目前利用多層結(jié)構(gòu)還可以將轉(zhuǎn)換效率進(jìn)一步提高，以高效堆積式多結(jié)砷化鎵太陽能電池為例，轉(zhuǎn)換效率達(dá)31%，多層復(fù)合砷化鎵電池轉(zhuǎn)換效率甚至已經(jīng)達(dá)到了40%。

1.5 發(fā)展核能的關(guān)鍵材料

中國核電的發(fā)展目前由適度發(fā)展向加速發(fā)展轉(zhuǎn)移，同比增長120%，我國未來計(jì)劃投入5000億元加速再生能源和核電的發(fā)展，沿海計(jì)劃建成28座核電站，核電裝機(jī)總?cè)萘坑?jì)劃在2020年達(dá)到占據(jù)全部裝機(jī)總?cè)萘康?%，核電的發(fā)展，取決于核電材料的的研究發(fā)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(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，品種較為單一、基礎(chǔ)研究程度不夠、應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的力度及程度不夠。

2 推動(dòng)新材料發(fā)展的對(duì)策及建議

我國的新材料的發(fā)展需要由政府主導(dǎo)，加強(qiáng)能源材料產(chǎn)業(yè)鏈的凝聚力，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)集群效應(yīng)貫通，提升我國嫩館材料的整體競(jìng)爭(zhēng)力，加大技術(shù)投入和資金支持，帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展；政府對(duì)于新能源開發(fā)也需要構(gòu)建科技創(chuàng)新平臺(tái)，配套相關(guān)政策措施，培育可以與國際發(fā)展并肩甚至領(lǐng)先的研發(fā)成果，加快新能源材料的產(chǎn)業(yè)化建設(shè)，推動(dòng)能源材料及能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展；極大相關(guān)頂尖人才的引進(jìn)力度，包括科研人才、產(chǎn)業(yè)化人才、成果轉(zhuǎn)化人才等，加強(qiáng)國際間的交流與合作，互相學(xué)習(xí)指正，優(yōu)化科研環(huán)境，為優(yōu)秀人才提供相應(yīng)的優(yōu)惠政策，吸引更多的國內(nèi)外人才加入新能源材料的研究開發(fā)。

在發(fā)展新能源材料的對(duì)策方面，參照日本，加大基金投入和技術(shù)研發(fā)支持，自上個(gè)世紀(jì)九十年代，日本對(duì)于鈉硫電池進(jìn)行無償?shù)馁Y金支持，扶持示范性項(xiàng)目，并對(duì)投入商業(yè)運(yùn)作的產(chǎn)業(yè)進(jìn)行補(bǔ)貼；參照美國，進(jìn)行立法支持，2007年美國頒布“能源獨(dú)立與安全法”將電力儲(chǔ)能技術(shù)作為智能電網(wǎng)的一部分進(jìn)行重點(diǎn)支持，國家專項(xiàng)撥款扶持儲(chǔ)能相關(guān)項(xiàng)目的研究發(fā)展，我國可以根據(jù)國內(nèi)實(shí)際情況及新能源發(fā)展形勢(shì)，在參照國外扶持手段的基礎(chǔ)上作出調(diào)整，加速新能源材料的研發(fā)應(yīng)用。

3 結(jié)語

新能源的研發(fā)，取決于對(duì)于新能源材料的發(fā)現(xiàn)及物性認(rèn)識(shí)和新技術(shù)的突破，針對(duì)新能源材料的性能預(yù)測(cè)和分析，旨在建立新能源材料與現(xiàn)實(shí)需求之間的普適性聯(lián)系，符合時(shí)代的發(fā)展要求。新能源材料的開發(fā)，并不是在一朝一夕之間可以完成和應(yīng)用的，目前階段，在加大政府支持力度的同時(shí)，對(duì)于傳統(tǒng)能源的利用還需要進(jìn)一步調(diào)整其布局結(jié)構(gòu)，堅(jiān)持經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)相協(xié)調(diào)，強(qiáng)化新能源的地位，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略與科教興國戰(zhàn)略的緊密結(jié)合。新能源材料的研究和開發(fā)設(shè)計(jì)專業(yè)學(xué)科領(lǐng)域廣泛，需要眾多專業(yè)協(xié)同才有可能取得階段性、突破性的成果，以應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)建設(shè)，服務(wù)于社會(huì)發(fā)展，為能源的利用效率及種類提供更多的選擇。

【參考文獻(xiàn)】

[1]牛群釗，王新德，崔小軍，張進(jìn)，王連心.四唑含能材料研究進(jìn)展[J].化學(xué)推進(jìn)劑與高分子材料，2010（1）.

[2]龐維強(qiáng)，樊學(xué)忠，張龍彬.高含能材料在固體推進(jìn)劑中的應(yīng)用探討及發(fā)展趨勢(shì)[J].飛航導(dǎo)彈，2009（1）.

[責(zé)任編輯：田吉捷]