新能源材料

新能源材料思维导图，包含新型储能材料、锂电子电池、燃料电池、 太阳能电池、 其他新能源材料等。

新能源材料

• 能源
  • 分类
    • 一次能源
      • 直接取自自然界没有经过加工的能源
      • 原煤，原油，天然气
    • 二次能源
      • 一次能源经加工或转换而得到的能源
      • 煤气，电力
    • 能否直接从自然界获取
  • 定义
    • 比较集中的含能体或能量过程
  • 新能源
    • 相当于常规能源而言，以采用新技术和新材料而获得的，在新技术基础上系统地开发利用的能源
    • eg.太阳能，风能，海洋能，地热能
• 新型储能材料
  • 储能（蓄能）
    • 能量转化为自然条件下比较稳定的存在形态的过程
    • 储能状态分类
      • 机械储能
      • 化学储能
      • 电磁储能
      • 风能储能
      • 水能储能
  • 储能技术
    • 在能源开发、转换、运输和利用的过程中，能量的供应和需求之间，往往存在着时间上、数量上、形态上的差异，为了弥补这些差异，常采取存储和释放能量的人为过程或技术手段，称储能技术
    • 储热
      • 显热储热
        • 与相变潜热无关的储热
      • 潜热储热
        • 利用物体相变潜热储热
      • 温度比较高，储热
    • 储冷
      • 温度比较低，储冷
    • 分类
      • 机械储能
      • 化学储能
      • 电磁储能
      • 风力储能
      • 水能储能
  • 储能系统
    • 对储能过程进行分析时，为了确定研究对象而划分的部分物体或空间范围
    • 评价指标
      • 储能密度
      • 储能功率
      • 储能效率
      • 储能价格
      • 对环境的影响
  • 理想储能材料特点
    • 子主题
  • 相变过程
    • 诱发阶段
    • 晶体生长阶段
    • 晶体再生阶段
• 锂离子电池
  • 工作原理
    • 锂离子电池是一种二次电池（充电电池），它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。
  • 组成
    • 正极材料
      • 选取原则
        • 吉布斯自由能大
        • 利于锂离子的嵌入和脱出
        • 有良好的热稳定性
        • 质量轻
      • 氧化物
        • 钴酸锂
        • 锰酸锂
        • 磷酸铁锂
        • 镍酸锂
        • 三元材料
    • 电解质
    • 隔膜
    • 负极材料
      • 石墨
        • 软碳
          • 高温能石墨化的无定型碳
        • 硬碳
          • 无法石墨化
        • 特点
          • 来源广泛，储量丰富
          • 经改性后能量密度较高
          • 电化学性能较为稳定
          • 实际比容密度与理论值接近
          • 具有较好的循环寿命和性能
          • 较低的膨胀系数
      • 典型的负极材料的结构特点
    • 电池外壳
  • 化学式
  • 电源
    • 将其他形式的能转化为电能的装置
• 燃料电池
  • 工作原理
    • 在阳极处，氢在催化剂的作用下分解成氢离子和电子。氢离子通过电解质扩散到阴极，电子则由外部电路流向正极，从而形成电流。在正极上，氧气同电解液中的氢离子吸收抵达正极上的电子形成水。
  • 分类
    • 运行机理
      • 酸性燃料电池
      • 碱性燃料电池
    • 工作温度
      • 低温型（＜200℃）
      • 中温性（200-750）
      • 高温型（＞750）
    • 电解质
      • 碱性燃料电池
        • 氢氧化钾
        • 特点
        • 工作原理
          • 将氢气和氢氧化钾（KOH）溶液分别通入阳极和阴极。在阳极上，氢气经过催化剂的促进下与电子形成离子，然后迁移至阴极。在阴极上，氢离子和空气中的氧气结合形成水，同时释放出电子，从而形成电路，实现能量转换。
        • 反应方程式
      • 磷酸盐燃料电池
      • 熔融碳酸盐燃料电池
      • 固体燃料电池
      • 质子交换膜燃料电池
        • 工作原理
          • 其中氢气在阳极处发生氧化反应：H2 → 2H+ + 2e-电子通过外部电路流入阴极，产生电流，而质子则穿过固体聚合物电解质（或称为质子交换膜）渗透到了阴极。在阴极处，氧气和质子反应生成水
        • 质子交换膜作用
          • 防止氢气和氧气直接接触
          • 防止燃料极和空气极直接接触造成短路
  • 组成
    • 电极
    • 电解质隔膜
    • 外电路
• 太阳能电池
  • 工作原理
    • 当光线照射太阳能电池表面时，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了越迁，成为自由电子在P－N结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时，在该电压的用途下，将会有电流流过外部电路出现一定的输出功率。这个过程的实质是：光子能量转换成电能的过程 什么是光伏效。指光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现发电的现象。
  • 分类
  • 光伏效应
    • 对光的吸收，，在光伏材料内部产生电子-空穴对
    • 电子-空穴对在器件特殊结构的影响下分离各自向正负极运动
    • 产生电动势
• 其他新能源材料
  • 核能
    • 原子结构发生变化释放能量
    • 分类
      • 裂变核能
      • 聚变核能
      • 衰变核能
    • 特点
      • 很高的能量密度
      • 清洁能源
      • 极为丰富
    • 核燃料
      • 可在核反应堆中通过聚变或裂变产生实用核能的材料
  • 生物质能
    • 利用生物体产生的能量
    • 技术
      • 沼气
      • 子主题
  • 风能
    • 空气流动所产生的动能
    • 相关
      • 气压
      • 温度
      • 湿度
      • 风速