《新能源材料與器件制備技術(shù)》

第一章概述1.1.1新能源新能源一般是相對(duì)于傳統(tǒng)能源，如煤、石油和天然氣等，尚未大規(guī)模利用、正在積極研究開(kāi)發(fā)的能源，例如太陽(yáng)能、氫能、化學(xué)能等。新能源具有分布廣、儲(chǔ)量大和清潔環(huán)保的特點(diǎn)。21.1新能源材料與器件的基本概念圖1-1中國(guó)新能源的種類(lèi)1.1.2新能源材料材料的種類(lèi)很多，按性能可分為結(jié)構(gòu)材料和功能材料，按材料化學(xué)組成，可分為金屬材料、無(wú)機(jī)非金屬材料、高分子材料和復(fù)合材料。絕大多數(shù)材料均可以在新能源領(lǐng)域找到其應(yīng)用場(chǎng)景。新能源材料：特指實(shí)現(xiàn)新能源的轉(zhuǎn)化和利用以及發(fā)展新能源技術(shù)中所要用到的核心關(guān)鍵材料，是新能源發(fā)展的核心和基礎(chǔ)。31.1.3新能源器件新能源器件（advancedenergydevices）是指以新能源材料為核心，經(jīng)過(guò)科學(xué)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和加工，最終能實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)換、能源存儲(chǔ)和應(yīng)用的裝置。圖1-2電化學(xué)儲(chǔ)能的應(yīng)用領(lǐng)域41.2新能源材料與器件的發(fā)展趨勢(shì)多晶硅、硅棒及硅錠制備工藝的發(fā)展方向：

1）開(kāi)發(fā)成本更低、能耗更少的多晶硅生產(chǎn)工藝技術(shù)。2）單晶通過(guò)大裝料、高拉速、使用新型材料、自動(dòng)化和智能化等工藝及設(shè)備實(shí)現(xiàn)直徑增大，拉晶質(zhì)量提高，晶體內(nèi)部缺陷濃度降低。3）在保證質(zhì)量的基礎(chǔ)上增加硅錠尺寸，降低成本。51.2.1光伏材料與器件太陽(yáng)電池硅片及其制備技術(shù)的發(fā)展方向：1）大直徑化和加工質(zhì)量參數(shù)的細(xì)微化2）優(yōu)化切割工藝降低損耗，提高生產(chǎn)效率。晶硅太陽(yáng)電池的發(fā)展方向：疊加TOPCon、HJT等電池技術(shù)的復(fù)合鈍化背接觸、隧道氧化物鈍化接觸、背接觸晶硅異質(zhì)結(jié)等全背接觸晶硅太陽(yáng)電池。非硅光伏材料與器件的發(fā)展方向：

薄膜太陽(yáng)能電池、疊層太陽(yáng)電池。

61.2.2鋰離子電池材料與器件電池材料的發(fā)展方向：

資源豐富、成本低廉是儲(chǔ)能電池及材料長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的基礎(chǔ)。磷酸鐵鋰正極材料、高鎳低鈷正極材料、錳系正極材料以及鈉離子電池正極材料是未來(lái)正極材料的主要方向。

高功率密度、高能量密度、長(zhǎng)循環(huán)壽命和在極端條件下的應(yīng)用場(chǎng)景是電池材料發(fā)展的主要方向。7鋰離子電池在小規(guī)模儲(chǔ)能上已獲得了廣泛應(yīng)用鋰離子單體電池的發(fā)展方向：

1）單體電池的大型化：提高能量密度和循環(huán)壽命，降低成本，簡(jiǎn)化系統(tǒng)管理的難度和復(fù)雜度。2）微型電池和柔性電池：采用特殊的電池結(jié)構(gòu)和制造工藝，應(yīng)用于醫(yī)療、傳感器與可穿戴設(shè)備領(lǐng)域。3）固態(tài)鋰二次電池：應(yīng)用聚合物或有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合物組成的電解液以及開(kāi)發(fā)合適的電極材料和工藝解決當(dāng)前液態(tài)電解質(zhì)不穩(wěn)定的問(wèn)題。8制氫技術(shù)的發(fā)展方向：灰氫不可取，藍(lán)氫可以用，廢氫可回收，綠氫是方向。采用可再生能源電解水制氫是真正的清潔能源生產(chǎn)技術(shù)是制氫技術(shù)的重要產(chǎn)業(yè)化方向。

基于水分解制氫的其它技術(shù)，例如熱化學(xué)制氫、光化學(xué)制氫，以及基于生物質(zhì)的制氫技術(shù)也是未來(lái)發(fā)展的新技術(shù)方向。9氫能與燃料電池已邁入商業(yè)化階段1.2.3氫能與燃料電池儲(chǔ)運(yùn)氫技術(shù)的發(fā)展方向：把氫分子以原子態(tài)或者離子態(tài)儲(chǔ)存起來(lái)，在升高溫度或者降低壓力的條件下釋放出來(lái)，不僅可以提高儲(chǔ)氫系統(tǒng)的安全性，同時(shí)可以把單位體積的儲(chǔ)能密度大幅提高，是儲(chǔ)運(yùn)氫技術(shù)的發(fā)展方向。燃料電池的發(fā)展方向：開(kāi)發(fā)低鉑或無(wú)鉑催化劑關(guān)鍵材料和低成本關(guān)鍵部件是降低PEMFC成本的主要發(fā)展方向。發(fā)展服役條件下長(zhǎng)壽命的材料，優(yōu)化電堆組裝技術(shù)是提高燃料電池堆壽命的方向。

10氫能應(yīng)用場(chǎng)景的拓展方向：未來(lái)氫經(jīng)濟(jì)的實(shí)現(xiàn)將以氫能在交通領(lǐng)域的大規(guī)模使用為標(biāo)志。此外，氫在基于可再生能源的大規(guī)模固定式儲(chǔ)能和發(fā)電、離網(wǎng)電源、屋宇自給式供電、便攜式移動(dòng)電源、小型電動(dòng)車(chē)等領(lǐng)域?qū)l(fā)揮重要作用，為“雙碳”目標(biāo)做出突出貢獻(xiàn)。11圖1-3氫能的應(yīng)用領(lǐng)域課堂提