新能源材料：基礎與應用（簡體書）

本書介紹了新能源材料的基礎與應用。具體內容包括：緒論，新型儲能材料，鋰離子電池材料，燃料電池材半斗，太陽能電池材料基礎與應用，其他新能源材料。本書是新能源材舉斗領域綜合和前沿知識的論述。基礎理論描述清晰而精煉，突出新能源材料領域涉及的方方面面，有助于推動新能源學科的發展，促進新能源技術與工程的研究。
讀者對象：從事新能源利用行業的科研、技術、管理人員；高校相關專業師生可以參考使用。

艾德生，男，1971年12月出生於雲南。1995年7月畢業於北京大學，獲理學學士學位。1999年12月畢業於中國科學院地質與地球物理研究所，獲理學博士學位。2000年2月起在清華大學核能與新能源技術研究院精細陶瓷實驗室工作，2002～2004年在韓國Seoul National University材料系先後做博士後和研究員工作。目前主要從事納米粉體的製備、改性與應用及新能源材料的研究。主要的社會學術兼職有中國顆粒學會超微顆粒委員會秘書長、中國顆粒學會青年工作委員會副主任、北京市粉體技術協會理事等。負責過國家自然科學基金、清華大學基礎研究基金、省校橫向合作課題十餘項，參與承擔過科技部“863”項目、校企合作項目等近十項。發表論文六十餘篇，專著三部。
高喆，男，1983年出生於山東。2005年畢業於山東大學，獲工學學士學位。2007年畢業於清華大學，獲工學碩士學位。2007年9月起在韓國Seoul National University材料系攻讀博士學位。主要從事新能源材料的開發研究。

當今，無論如何強調發展新能源和可再生能源的意義都不過分。我們的世界正面臨著由於以化石燃料為基礎而支撐的能源系統帶來的一系列威脅：資源枯竭、環境污染、生態惡化、氣候變化、貧富不均，直至由於能源問題而引發的國與國之間、地區之間的衝突、糾紛不斷，直至戰爭。新能源和可再生能源具有資源可持續、清潔、分佈均衡等特點，必將成為未來可持續能源系統的支柱。
我國的經濟社會正在快速發展。在能源方面，我們既需要充足的能源供應以保障全面建設小康社會目標的實現，同時我們也面臨著國內資源和環境的威脅，國際社會溫室氣體減排的壓力。因此，國家把發展新能源和可再生能源作為長期能源戰略的重要組成部分，而且制訂了以《可再生能源法》為基礎的一系列政策措施。幾年來，新能源可再生能源在我國得到了快速發展，其廣闊的前景正日益顯現出來。
清華大學長期致力於能源科學技術研究和人才培養，形成了新型核能、太陽能、風能、生物質能以及新能源戰略和政策等領域的新能源科研和教學體系，取得了一批有影響的科技成果。以這些科研和教學經驗為基礎，並吸收了國內外同行的大量研究成果，在化學工業出版社的支持下，幾位教師編寫了這套新能源叢書。
叢書按能源種類分冊，內容涉及發展新能源的戰略和政策，各類新能源資源核技術的特點、技術和產業發展現狀、未來的發展趨勢展望等。叢書內容豐富、通俗易懂，從中可以較清晰地了解發展新能源的意義，各種新能源技術的基本原理和發展路線、發展前景等，對於廣泛和系統了解和認識新能源，這是一套很好的讀物。

1緒論/1
1.1新能源的概念2
1.2新能源材料基礎3
1.3新能源材料的應用現狀4
參考文獻6

2新型儲能材料/7
2.1儲能、儲能技術與應用7
2.2儲熱技術基礎9
2.3相變儲能材料基礎10
2.4新型相變儲能材料製備基礎及應用的研究進展13
2.4.1複合PCM13
2.4.2簡單的複合PCM相變儲能模型13
2.4.3使用硬脂酸係作為相變材料製備儲能材料15
2.4.4氧化鋯硬脂酸系納米複合相變儲能材料的研究17
參考文獻25

3鋰離子電池材料/27
3.1鋰離子電池材料基礎與應用27
3.2正極材料30
3.2.1正極材料的選擇31
3.2.2氧化鈷鋰31
3.2.3氧化鎳鋰與氧化錳鋰等正極材料34
3.2.4 LiVO化合物36
3.2.5 5V正極材料39
3.2.6多陰離子正極材料40
3.2.7其他正極材料41
3.3負極材料42
3.3.1碳材料學基礎42
3.3.2氮化物負極材料基礎50
3.3.3矽及矽化物50
3.3.4錫基材料51
3.3. 5新型合金53
3.3.6其他負極材料54
參考文獻55

4燃料電池材料/57
4.1概述57
4.1.1氫氣利用與燃料電池57
4.1.2燃料電池技術的發展、材料技術基礎與應用58
4.2鹼性燃料電池材料基礎與應用63
4.3磷酸鹽燃料電池材料基礎與應用65
4.4熔融碳酸鹽燃料電池材料基礎與應用66
4.5固體氧化物燃料電池材料基礎與應用67
4.6質子交換膜燃料電池材料基礎與應用71
4.7直接甲醇燃料電池材料基礎與應用72
4.8其他類型的燃料電池74
參考文獻74

5太陽能電池材料基礎與應用/77
5.1概述77
5.1.1太陽能77
5.1.2光伏效應與太陽能電池80
5.1.3太陽能電池材料及應用88
5.2太陽能電池材料基礎及應用96
5.2.1晶體矽太陽能電池96
5.2.2非晶矽太陽能電池109
5.2.3碲化鎘基太陽能薄膜電池112
5.2.4黃銅礦基太陽能電池115
參考文獻119

6其他新能源材料/123
6.1核能關鍵材料與應用123
6.2鎳氫電池材料基礎與應用128
6.3生物質能材料基礎與應用130
6.4風能與其材料基礎134
6.5地熱能146
參考文獻149

（1）材料的製備為了適合將來的大規模生產需要，通過煅燒製備出納米無機ZrO2，將納米顆粒進行表面處理後，通過3種方式製備ZrO2一硬脂酸系納米複合相變儲能材料，一是在水浴方式下將熔融的硬脂酸加入到無機鹽中，二是在乳濁液狀態下攪拌促使無機納米顆粒對硬脂酸進行吸附，三是在噴霧狀態下混合有機無機顆粒。然後可以採用靜壓製備塊體材料，封裝成能應用的相變儲能材料模型，分析測試其可能的儲能性質。實驗採用直接混合法製備氧化鋯一硬脂酸系相變儲能材料。為使氧化鋯盡量吸附多的硬脂酸，實驗對部分氧化鋯採用了預處理工藝。預處理工藝的方法為：向氧化鋯中加入少量硬脂酸，並在四氯化碳、無水乙醇和氯仿的混合溶液中以50℃恆溫加熱並攪拌3h。由於硬脂酸在80℃以上會熔化並揮發，所以所有樣品均為自然乾燥。且樣品中硬脂酸的加入含量皆為23.08％。
（2）DTA的熱容因子（HCF）模型為了能夠更直觀地表現所製備的複合材料的熱性能，需要將DTA的過程理想化為模型。首先，由於進行分析的材料質量非常小（幾十毫克），與整個熱天平的環境相比可以被忽略不計；其次，實驗過程中熱天平的環境溫度為線性上升，所以假設環境的升溫速率不受樣品影響，保持恆定的升溫速度。另外，為了保證熱天平環境的恆定，假設該環境為封閉環境，即不與外界產生物質和能量的交換。由於環境的升溫速率恆定，並且複合材料對環境的影響忽略不計，則可假設測試儀器對熱天平環境以恆定功率P進行加熱。由於環境未與外界進行物質和能量交換，所以熱天平環境在每個測試週期中吸收的熱量是一定的，於是可知複合材料所吸收的熱量也是一個定值。儀器的測試工作週期為4s，在4s環境溫度變化為1／3℃，對於整個過程來說是個非常小的溫度變化。所以可以在此近似地把4s內復合材料的溫度變化看作為線性。