新能源材料发展现状及其未来发展展望

郭宇翔

清华大学机械工程系 北京 100000

本文中的新能源材料具有以下三项特点。第一,具备较强的储存性。第二,能够承担转换的功能。第三,具备较强的支撑作用。正是由于新能源材料的以上三种特性,带动了以新能源为中心的整个新能源工业生产和发展的全面革新,从而进一步推动整个能源结构的优化升级,对人类工业文明的向前推进起到了积极作用。

一、镍氢动力电池应用概况及我国在此方面取得成就

随着我国环境治理能力和人们环保意识的进一步加强,混动汽车以及新能源汽车成为人们家庭构成重要的选项之一。大部分新能源和混动能源汽车运用的电池为镍氢动力电池。日本公司在镍氢动力电池的生产和制造生具有较强的技术优势。动力电池的优势体现在电池比能量方面,即具有较高的比功率和比能量。比如,Panasonic EVE n－ergy 公司生产的Prius动力电池,其比能量为45Wh/kg,而比功率更是高达1300W/kg。这种电池为日本混动汽车的生产、销售,提供了强有力的动力,并经受了世界市场的考验,进一步刺激世界市场的需求。因而,此公司进一步扩大镍氢动力电池的生产规模。

从现阶段的镍氢电池的出口量而言,我国已经远远超过日本。我国的镍氢电池不仅具有量的优势,更具有质的提升。以清华大学研究的混合动力电池为例,其生产的镍氢电池可以为客车提供强有力的辅助。我国具备生产出多种电容量电池的能力,比如,80安时、28安时以及6.5安时。其中80安时的电池比功率可以达到每千克1000瓦。之所以取得如此大的成就在于新材料的研制和运用。新材料的运用主要体现在以下两个方面。第一方面,新能源电池的无机储氢合金的研制。我国使用多元的合金材料。这种材料运用的优势在于不仅可以优化了材料中的综合电化学性能,而且大大提升了电池的电催化活性,提升整体的电池综合储电和放电能力。但是,我们也应看到这种电池的劣势,即循环稳定性较差。在低于零下40摄氏度时,电池的整体容量会下降到整体的70%。第二方面,我国在质子交换膜的研制方面取得巨大进展,其主要运用在燃料电池的发动机上。

此外,燃料电池的催化剂研发,在世界各国的共同努力下,取得了飞速进展。其中Pt、Ru及C 催化剂的研发、生产和运用获得了良好的发展。除了Pt/C及PtRu/C催化剂外,非铂催化剂、低铂催化剂以及抗中毒催化剂的再回收技术也取得了较为突出的成就,从而实现资源的可持续利用。

二、储氢材料材料特点以及我国在此方面的发展现状

众所周知,储氢材料具有较强的活化性;平衡压力平坦且适中;适宜温室操作;具有较强的抗毒性。制约储氢材料发展的原因是材料的质量分数不高,其中钛系AB 型合金、AB5型储氢合金等材料的质量比为2.2%。美国将其质量分数提升到5.5%。显而易见,研究新型的储氢材料,提升储氢材料的质量分数,成为现阶段技术发展的主攻方向。我国在储氢材料的研发方面取得飞速进展,其中陈萍研制的氨基磞烷化合物氢材料取得了较为显著的成效。即在温度达到90摄氏度时,这种材料释放氢的质量分数可达到10.9%,但是其缺陷在于可控放氢的性能较差。

三、SOFC研制现状、用途以及需要突破的关键性技术

SOFC为固体氧化物燃料电池,可用于新能源汽车、移动电源以及军用潜艇等。这种电池对工作温度具有较高的要求。只有在800到1000摄氏度的条件下,才能实现电池的启动和关闭的运作功能。这种严苛的工作条件也提升了与之相匹配的材料的生产成本。大部分科学研究人员反其道而行之,即探究中低温下供这种电池正常使用的材料。通过大量的实验探究,相关人员找到了两种合适的材料。第一种,YSZ薄膜。这种材料具有降低电解质厚度的功能,实现燃料电池的高功率输出。第二种,新型阴极材料。这种材料发展尚未成熟,处在研发阶段。与上述材料一样具有较强的电解性,具备与中温电解质相容的特性。究其原因是受现阶段技术的限制,相关科研人员只能运用内重整的方式,提升存放电效率,降低生产成本。这种研制方式会造成阳极的积碳过多,进而导致阴极界面以及过电位的电阻增大。因而新型阴极材料需要具备较强的与中温电解质相容的特性。

总而言之,新能源材料的研制与运用,并不是某个国家的事情,而是整个世界的共同责任。各个国家应树立整体意识,组建相应的技术研究机构,充分发挥各个国家的先进技术优势,研制出适合经济发展,节约环保的新型能源材料,从而共同面临人类在生存和发展中的挑战,促进世界的良性和可持续发展。