1、1第八講第八講 新能源材料新能源材料 New Energy Materials 2主要內容主要內容新能源材料新能源材料 儲氫材料儲氫材料新型二次電池材料新型二次電池材料 燃料電池材料燃料電池材料太陽能電池材料太陽能電池材料核能材料核能材料 3 能源是人類社會生存和發展的重要物質基礎能源是人類社會生存和發展的重要物質基礎, ,是現代是現代文明的三大支柱之一文明的三大支柱之一。 目前，世界能源消耗還是以煤、石油、天然氣之類目前，世界能源消耗還是以煤、石油、天然氣之類的的礦物能源礦物能源為主，不但為主，不但嚴重破壞生態環境嚴重破壞生態環境，而且，而且礦礦物能源不可再生物能源不可再生，能源枯竭能源枯竭

2、已成為共識。已成為共識。 煤炭開采煤炭開采海上石油開采平臺海上石油開采平臺嚴重的生態破壞嚴重的生態破壞4 生態環境嚴重破壞：生態環境嚴重破壞： 1952年年12月，倫敦月，倫敦煙霧煙霧； 酸雨；酸雨； 河流河流干涸；干涸；5 巨大的能源危機：巨大的能源危機：已開采已開采800億噸石油，按現在的開采速度，億噸石油，按現在的開采速度， 地球上已探明地球上已探明的的1770億噸億噸石油石油儲量儲量僅夠開采僅夠開采50年年;已探明的已探明的173萬億立方米萬億立方米天然氣天然氣僅夠開采僅夠開采63年年；已探明的已探明的9827億噸億噸煤炭煤炭還可用還可用300年到年到400 年年;已探明的已探明的鈾鈾

3、儲量約儲量約490萬噸，萬噸，釷釷儲量約儲量約275萬噸，全球萬噸，全球441座座核電站每年消耗核電站每年消耗6萬多噸濃縮鈾，萬多噸濃縮鈾，僅夠使用僅夠使用100年左右年左右。 世界各國世界各國水能水能開發也已近飽和，開發也已近飽和，風能、太陽能風能、太陽能尚無法滿足尚無法滿足人類龐大的需求。人類龐大的需求。6 我國作為發展中大國，能源消耗巨大，能源利用我國作為發展中大國，能源消耗巨大，能源利用率不高，能源結構也不合理。率不高，能源結構也不合理。 2021年，中國風力發電量達到了年，中國風力發電量達到了25.8億瓦，超過了億瓦，超過了德國的德國的25.77億瓦，僅次于美國億瓦，僅次于美國35億

4、瓦；億瓦； 2021年，中國將投入足以實現年發電量年，中國將投入足以實現年發電量150億瓦的億瓦的風力渦輪機，成為世界最大的風能生產國。風力渦輪機，成為世界最大的風能生產國。 盡管在新能源領域有了大規模的增長，但風力發盡管在新能源領域有了大規模的增長，但風力發電量只占據中國電力消耗總量的電量只占據中國電力消耗總量的1% 。7 為緩解和解決能源危機，科學家提出為緩解和解決能源危機，科學家提出資源與能源最資源與能源最充分利用技術充分利用技術和和環境最小負擔技術環境最小負擔技術。 新能源與新能源材料新能源與新能源材料是兩大技術的重要組成部分。是兩大技術的重要組成部分。 新能源的發展必須靠利用新能源的

5、發展必須靠利用新的原理來發展新的能源新的原理來發展新的能源系統系統，同時還必須靠，同時還必須靠新材料的開發與利用才能使新新材料的開發與利用才能使新系統得以實現系統得以實現，并提高其利用效率，降低成本。，并提高其利用效率，降低成本。 發展新能源材料是解決能源危機的根本途徑發展新能源材料是解決能源危機的根本途徑。8新能源材料新能源材料 9 新能源包括新能源包括 太陽能太陽能 生物質能生物質能 核能核能 風能風能 地熱地熱 海洋能海洋能 氫能氫能太陽能太陽能氫能氫能風能風能潮汐能潮汐能地熱地熱核能核能10 2021年，世界第八大石油公年，世界第八大石油公司巴西石油公司旗下的生物司巴西石油公司旗下的生

6、物能源公司代表來到成都，與能源公司代表來到成都，與四川大學生命科學學院洽談四川大學生命科學學院洽談，希望能將四川的麻風樹引，希望能將四川的麻風樹引進到巴西種植。進到巴西種植。 麻風樹是世界上公認的生物麻風樹是世界上公認的生物能源樹，其果實可全部用來能源樹，其果實可全部用來煉取生物柴油，而且在煉取生物柴油，而且在“碳匯碳匯交易交易”市場上具有巨大潛力，市場上具有巨大潛力，麻風樹種植麻風樹種植麻風樹果實麻風樹果實- -小桐子小桐子 11 2021年年11月，從小桐子中提煉出的生物航空燃料應用于月，從小桐子中提煉出的生物航空燃料應用于波音波音747客機在首都機場首次驗證試飛成功。客機在首都機場首次驗

7、證試飛成功。 本次試飛由國航、中石油、美國波音公司和霍尼韋爾公本次試飛由國航、中石油、美國波音公司和霍尼韋爾公司合作完成，我校陳放教授應邀參加。司合作完成，我校陳放教授應邀參加。 試飛成功標志著我國已具備研發生產航空生物燃料的技試飛成功標志著我國已具備研發生產航空生物燃料的技術能力，這對于促進生物燃料應用，應對氣候變化、解術能力，這對于促進生物燃料應用，應對氣候變化、解決能源問題具有重要意義。決能源問題具有重要意義。12 新能源材料新能源材料是指是指能實現新能源的轉化和利用能實現新能源的轉化和利用以及以及發展新能源技術所需的關鍵材料發展新能源技術所需的關鍵材料，主要包括：，主要包括： 儲氫合金

8、為代表的儲氫材料儲氫合金為代表的儲氫材料 鋰離子電池為代表的二次電池材料鋰離子電池為代表的二次電池材料 質子交換膜電池為代表的燃料電池材料質子交換膜電池為代表的燃料電池材料 硅半導體為代表的太陽能電池材料硅半導體為代表的太陽能電池材料 鈾、氘、氚為代表的反應堆核能材料鈾、氘、氚為代表的反應堆核能材料 -13主要特點主要特點新能源材料能把原來使用的能源轉變成新能源新能源材料能把原來使用的能源轉變成新能源；新能源材料可提高貯能效率，有效進行能量轉換新能源材料可提高貯能效率，有效進行能量轉換；新能源材料可以增加能源利用的新途徑。新能源材料可以增加能源利用的新途徑。內蒙古四王子旗太陽能電池光伏電站內蒙

9、古四王子旗太陽能電池光伏電站太陽能熱水器太陽能熱水器14新能源的應用新能源的應用15儲氫材料儲氫材料 16 氫能是人類未來的理想能源。氫能是人類未來的理想能源。氫能熱值高氫能熱值高，如燃燒，如燃燒1kg氫可發熱氫可發熱1.4105kJ，相當于，相當于3kg汽油或汽油或4.5kg焦炭的發熱量；焦炭的發熱量；資源豐富資源豐富，地球表面有豐富的水資源，水中含氫量達到，地球表面有豐富的水資源，水中含氫量達到11.1；干凈、清潔干凈、清潔，燃燒后生成水，不產生二次污染；，燃燒后生成水，不產生二次污染；應用范圍廣，適應性強應用范圍廣，適應性強，可作為燃料電池發電，也可用于，可作為燃料電池發電，也可用于氫能

10、汽車、化學熱泵等。氫能汽車、化學熱泵等。 氫能的開發利用已成為世界特別關注的科技領域。氫能的開發利用已成為世界特別關注的科技領域。17 氫能利用關鍵是高密度安全儲存和運輸技術氫能利用關鍵是高密度安全儲存和運輸技術。 氫密度很小，單位重量體積很大。目前市售氫氣一氫密度很小，單位重量體積很大。目前市售氫氣一般是在般是在150個大氣壓下儲存在鋼瓶內，氫氣重量不到個大氣壓下儲存在鋼瓶內，氫氣重量不到鋼瓶重量的鋼瓶重量的1/100，且有爆炸危險，很不方便。，且有爆炸危險，很不方便。 為解決氫的儲存和運輸問題，人們研發了相應的儲為解決氫的儲存和運輸問題，人們研發了相應的儲氫材料，主要包括氫材料，主要包括活

11、性炭、無機化合物、有機化合活性炭、無機化合物、有機化合物以及合金化合物四大類儲氫材料物以及合金化合物四大類儲氫材料。常用高壓氫氣瓶常用高壓氫氣瓶18活性炭儲氫活性炭儲氫 活性炭比表面積可達活性炭比表面積可達2000m2/g以上，低溫加壓可吸附儲氫。以上，低溫加壓可吸附儲氫。活性炭活性炭原料易得，吸附儲氫和原料易得，吸附儲氫和放氫操作都比較簡單放氫操作都比較簡單。 富勒烯富勒烯(C60)和碳納米管和碳納米管(CNT)對氫氣具有較強的吸附作用。對氫氣具有較強的吸附作用。單層碳納米管的吸氫量比活性單層碳納米管的吸氫量比活性炭高，炭高，H2的吸附量可達的吸附量可達5-10(質量分數質量分數)，有望成為

12、新一，有望成為新一代儲氫材料代儲氫材料。富勒烯富勒烯C60碳納迷管碳納迷管19無機化合物儲氫無機化合物儲氫 某些無機化合物和氫氣發生化學反應可儲氫，然后某些無機化合物和氫氣發生化學反應可儲氫，然后在一定條件下分解可放氫。在一定條件下分解可放氫。 利用利用碳酸氫鹽與甲酸鹽之間相互轉化碳酸氫鹽與甲酸鹽之間相互轉化，吸氫和放氫，吸氫和放氫反應為：反應為： 以活性炭作載體，在以活性炭作載體，在Pd或或PdO的催化作用下，以的催化作用下，以KHCO3或或NaHCO3作為儲氫劑，儲氫量約為作為儲氫劑，儲氫量約為2(質質量分數量分數)。 該法優點是原料易得、儲存方便、安全性好，但儲該法優點是原料易得、儲存方

13、便、安全性好，但儲氫量比較小，催化劑價格較貴。氫量比較小，催化劑價格較貴。釋氫，70，0.1MPa吸氫，35，2.0MPaOHHCO2223HHCO 20有機液體氫化物儲氫有機液體氫化物儲氫 借助儲氫載體借助儲氫載體(如苯和甲苯等如苯和甲苯等)與與H2的可逆反應來實現，的可逆反應來實現，包括催化加氫反應和催化脫氫反應。包括催化加氫反應和催化脫氫反應。 該法儲氫量大，該法儲氫量大，環己烷和甲基環己烷的理論儲氫量分別環己烷和甲基環己烷的理論儲氫量分別為為7.19和和6.18(質量分數質量分數)，比高壓儲氫和金屬氫化物，比高壓儲氫和金屬氫化物儲氫的實際量都大。儲氫的實際量都大。儲氫載體苯和甲苯可循環

14、使用，其儲氫載體苯和甲苯可循環使用，其儲存和運輸都很安全方便。儲存和運輸都很安全方便。 催化加氫和催化脫氫裝置和投資費用較大，儲氫操作比催化加氫和催化脫氫裝置和投資費用較大，儲氫操作比較復雜。較復雜。其中R=H、CH4H2，供用戶使用H2，制氫工廠儲存、運輸儲存、運輸催化脫氫催化加氫RHC56RHC116RHC116RHC5621合金化合物儲氫合金化合物儲氫 在一定溫度和氫氣壓力下能多次吸收、儲存和釋放在一定溫度和氫氣壓力下能多次吸收、儲存和釋放氫氣的合金被稱為氫氣的合金被稱為儲氫合金儲氫合金。 氫原子容易進入金屬晶格的四面體或八面體間隙，氫原子容易進入金屬晶格的四面體或八面體間隙，形成金屬氫

15、化物，如形成金屬氫化物，如TiH2、ZrH1.9、PrH2.8、Ti1.4CoH、LaNi5H、MmNi4.5H6.6等。等。氫原子在合金化合物中的占位：氫原子在合金化合物中的占位：(a)四面體；四面體；(b)八面體八面體a ab b22 儲氫合金儲氫合金可儲存比其體積大可儲存比其體積大1000-1300倍的氫倍的氫，而且，而且合金中存儲的氫表現為合金中存儲的氫表現為H與與H+之間的中間特性，結之間的中間特性，結合力較弱，當金屬氫化物受熱時又可釋放氫氣。合力較弱，當金屬氫化物受熱時又可釋放氫氣。0123450123454.2wt%Carbon nanotube(RT,10MPa 氫壓)3.6w

16、t%1.8wt%1.4wt%Hydrogen storage capacity (wt%) LaNi5H6 TiFeH1.9 Mg2NiH4 Hydrogen storage capacity (wt%) per weight儲氫合金的儲氫量比較儲氫合金的儲氫量比較23 儲氫合金材料達到實用目的，必須滿足下列要求：儲氫合金材料達到實用目的，必須滿足下列要求：儲氫量大，能量密度高儲氫量大，能量密度高；吸氫和放氫速度快吸氫和放氫速度快；氫化物生成熱小氫化物生成熱小； 分解壓適中分解壓適中：容易活化容易活化；化學穩定性好化學穩定性好；在儲運中安全、無害在儲運中安全、無害；原料來源廣、成本價廉原料來源

17、廣、成本價廉。四川大學材料學院儲氫材料四川大學材料學院儲氫材料課題組首創低成本課題組首創低成本V-Ti-Cr-Fe四元合金體系：四元合金體系：在溫和在溫和條件下可快速吸氫飽條件下可快速吸氫飽和和:40，6min24 儲氫合金材料主要有：儲氫合金材料主要有：稀土系列、鎂鎳系列、鈦稀土系列、鎂鎳系列、鈦合金系列等合金系列等。 大多數金屬氫化物儲氫量在大多數金屬氫化物儲氫量在1-4(質量分數質量分數)、能量密度高，所需費用明顯低于深冷液化儲氣和能量密度高，所需費用明顯低于深冷液化儲氣和高壓儲氫，原料易得，安全可靠高壓儲氫，原料易得，安全可靠。儲氫合金已成。儲氫合金已成為各國都積極研發的一種很有前途的

18、儲氫方法。為各國都積極研發的一種很有前途的儲氫方法。我國生產的稀土儲氫合金我國生產的稀土儲氫合金25稀土系儲氫合金稀土系儲氫合金 LaNi5是稀土系儲氫合金的典型代表是稀土系儲氫合金的典型代表，由荷蘭，由荷蘭Philip實驗室于實驗室于1969年首先研制。年首先研制。 LaNi5在室溫下可與一定壓力的氫氣反應形成氫化物在室溫下可與一定壓力的氫氣反應形成氫化物，如下式所示：，如下式所示： LaNi5具有優良的儲氫性能，塊狀具有優良的儲氫性能，塊狀LaNi5合金儲氫量合金儲氫量約約1.4(質量分數質量分數)，分解壓適中平坦，活化容易，分解壓適中平坦，活化容易，具有良好的動力學特性和抗雜質氣體中毒性

19、。具有良好的動力學特性和抗雜質氣體中毒性。 6525HLaNi3HaNiL 26 LaNi5成本高，大規模應用受限，因此發展成本高，大規模應用受限，因此發展置換置換La和和Ni的的多元合金：多元合金：LaNi5-xMx(MAl、Mn、Cr、Fe、Co、Cu等等)和和R0.2La0.8Ni5(RY、Gd、Nd、Th等等)。 用用富富Ce混合稀土混合稀土(Mm)代替代替La可研制廉價的可研制廉價的MmNi5儲儲氫合金，在氫合金，在MmNi5基礎上開發多元合金，如基礎上開發多元合金，如MmNi1-yBy(B=Al、Cu、Fe、Mn、Ga、Sn、Cr等等)系列，系列，不不僅保持僅保持LaNi5的優良特

20、性，而且在儲氫量和動力學特的優良特性，而且在儲氫量和動力學特性方面優于性方面優于LaNi5，價格僅為純，價格僅為純La的的1/5。272021年，西博會上展出的川大寶生實年，西博會上展出的川大寶生實業公司生產的稀土儲氫合金電池業公司生產的稀土儲氫合金電池28鈦系儲氫合金鈦系儲氫合金 TiFe具有優良儲氫特性具有優良儲氫特性，吸氫量約，吸氫量約1.75(質量分數質量分數)，室溫下釋氫壓力約為，室溫下釋氫壓力約為0.1MPa。價格較低，具有很。價格較低，具有很大實用價值。大實用價值。 TiFe活化困難，須在活化困難，須在450和和5MPa壓力下進行活化；壓力下進行活化；抗毒性弱抗毒性弱(特別是特別

21、是O2)，反復吸釋氫后性能下降。，反復吸釋氫后性能下降。 為改善為改善TiFe合金儲氫特性，可用過渡元素合金儲氫特性，可用過渡元素(M)置換部置換部分鐵形成分鐵形成TiFe1-yMy(M=Cr、Mn、Mo、Co、Ni等等)。TiFe0.8Mn0.2可在室溫可在室溫3MPa氫壓下活化，生成氫壓下活化，生成TiFe0.8Mn0.2H1.05氫化物，儲氫量達到氫化物，儲氫量達到1.9wt。29鎂系儲氫合金鎂系儲氫合金 在在300-400和較高氫壓下，和較高氫壓下，Mg2Ni與氫生成與氫生成Mg2NiH4，含氫量為，含氫量為3.65wt，理論儲氫量可達，理論儲氫量可達6%，但其穩定性強，釋氫困難。，但

22、其穩定性強，釋氫困難。 用用Ca和和A1取代部分取代部分Mg形成形成Mg2-xMxNi，氫比物離，氫比物離解速度比解速度比Mg2Ni增大增大40以上，活化容易，具有良以上，活化容易，具有良好的儲氫性能，性質穩定。好的儲氫性能，性質穩定。 利用過渡元素利用過渡元素(M)置換置換Mg2Ni中的部分中的部分Ni，形成形成Mg2Ni1-xMx合金合金(MV、Cr、Mn、Fe、Zn等等)，也可改善吸也可改善吸/釋氫的速度，具有實用價值。釋氫的速度，具有實用價值。30儲氫合金的應用儲氫合金的應用 氫儲存是儲氫合金最基本的應用。氫儲存是儲氫合金最基本的應用。 金屬氫化物儲氫密度高，采用金屬氫化物儲氫密度高，

23、采用Mg2Ni制成的儲氫容制成的儲氫容器與高壓器與高壓(20MPa)鋼瓶和深冷液化儲氫裝置相比，鋼瓶和深冷液化儲氫裝置相比，在儲氫量相等的情況下，三者質量比為在儲氫量相等的情況下，三者質量比為1：1.4：1.2，體積比為，體積比為1：4：1.3；儲氫合金儲氫無需高壓或低溫設施，節省能源；儲氫合金儲氫無需高壓或低溫設施，節省能源；氫以金屬氫化物形式存在儲氫合金中，安全可靠氫以金屬氫化物形式存在儲氫合金中，安全可靠，便于氫的運輸和傳遞。，便于氫的運輸和傳遞。31儲氫合金儲氫量與其他儲氫方法儲氫量的比較儲氫合金儲氫量與其他儲氫方法儲氫量的比較32 儲氫合金可分離氫氣。儲氫合金可分離氫氣。混合氣體混合

24、氣體流過儲氫合金分離床，氫被吸收流過儲氫合金分離床，氫被吸收形成金屬氫化物，雜質排出；加形成金屬氫化物，雜質排出；加熱金屬氫化物，得到回收氫氣。熱金屬氫化物，得到回收氫氣。反復提純可獲得高純氫氣，反復提純可獲得高純氫氣， 每年大量含氫尾氣放空每年大量含氫尾氣放空(僅合成僅合成氨工業全國每年放空尾氣數十億氨工業全國每年放空尾氣數十億m3，含有，含有50-60%的氫氣的氫氣)，回，回收利用可提供大量廉價氫氣，得收利用可提供大量廉價氫氣，得到巨大的能源補充。到巨大的能源補充。氫氣純化裝置氫氣純化裝置氫氣純化工廠氫氣純化工廠33 某些儲氫合金的氫化物同氘、某些儲氫合金的氫化物同氘、氚化物相比，同一溫度

25、下吸釋氚化物相比，同一溫度下吸釋氘氚的熱力學和動力學特性有氘氚的熱力學和動力學特性有較大差別，可用于較大差別，可用于氫同位素的氫同位素的分離。分離。 TiNi合金吸收合金吸收D2的速率為的速率為H2的的1/10，將含，將含7%D2的的H2導入到導入到TiNi合金中，每通過一次可使合金中，每通過一次可使D2濃縮濃縮50%，通過多次壓縮和，通過多次壓縮和吸收，氘的濃度可迅速提高，吸收，氘的濃度可迅速提高，同時回收大量高純同時回收大量高純H2。氫同位素的應用氫同位素的應用34 金屬氫化物也是理想的能量轉換材料。金屬氫化物也是理想的能量轉換材料。 氫化物熱泵氫化物熱泵：以氫氣為工作介質，儲氫合金為能量

26、：以氫氣為工作介質，儲氫合金為能量轉換材料，相同溫度下分解壓不同的兩種氫化物組轉換材料，相同溫度下分解壓不同的兩種氫化物組成熱力學循環系統，以它們的平衡壓差驅動氫氣流成熱力學循環系統，以它們的平衡壓差驅動氫氣流動，使兩種氫化物分別處于動，使兩種氫化物分別處于吸氫吸氫(放熱放熱)和和放氫放氫(吸熱吸熱)狀態，達到升溫、增熱或制冷目的。狀態，達到升溫、增熱或制冷目的。 德國用德國用LaNi5/Ti0.9Zr0.1CrMn合金獲得合金獲得-25低溫；低溫； 日本用日本用MmNiMnAl/MmNiMnCo制備制冷系統，連制備制冷系統，連續獲得續獲得-20低溫，制冷功率為低溫，制冷功率為900-1000

27、W。35 儲氫合金電極替代儲氫合金電極替代NiCd電池中的電池中的Cd負極，組成鎳負極，組成鎳-氫化物電池，氫化物電池，不但具有高能量密度，而且耐過充，不但具有高能量密度，而且耐過充，放電能力強，無重金屬放電能力強，無重金屬Cd對人體和環境的危害。對人體和環境的危害。儲氫合金在鎳氫電池上的應用儲氫合金在鎳氫電池上的應用36新型二次電池材料新型二次電池材料37 一次電池使用后常隨普通垃圾一起被丟棄或掩埋，一次電池使用后常隨普通垃圾一起被丟棄或掩埋，造成資源浪費，同時電池中的重金屬元素泄露也會造成資源浪費，同時電池中的重金屬元素泄露也會污染地下水和土壤。污染地下水和土壤。 二次電池或蓄電池：二次電

28、池或蓄電池：放電時通過化學反應產生電能放電時通過化學反應產生電能，充電時則使體系回復到原來狀態，將電能以化學，充電時則使體系回復到原來狀態，將電能以化學能形式重新儲存起來。能形式重新儲存起來。鎳氫充電電池鎳氫充電電池Li離子充電電池離子充電電池38 傳統二次電池如鉛酸電池和鎘鎳電池理論比能量低傳統二次電池如鉛酸電池和鎘鎳電池理論比能量低，且鉛和鎘都是有毒金屬，對環境污染極大。，且鉛和鎘都是有毒金屬，對環境污染極大。 目前應用較廣的是目前應用較廣的是鎳氫電池鎳氫電池(表示為表示為Ni/MH電池電池)和鋰和鋰離子電池離子電池(表示為表示為LIB電池電池)，不但性能優良，而且污，不但性能優良，而且污

29、染較小，被稱為綠色電池。染較小，被稱為綠色電池。鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池NiCd充電電池充電電池39Ni/MH鎳氫二次電池鎳氫二次電池 Ni/MH電池的正極材料采用電池的正極材料采用Ni(OH)2，負極材料為，負極材料為儲氫合金，電解質為儲氫合金，電解質為KOH水溶液。水溶液。 與與Ni/Cd電池相比，電池相比，Ni/MH電池具有以下優點電池具有以下優點：能量密度是能量密度是Ni/Cd電池的電池的1.5-2倍；倍；充放電速率高；充放電速率高；耐過充和過放性能好；耐過充和過放性能好；使用壽命長；使用壽命長；低溫性能好；低溫性能好；無無Cd元素對環境的污染。元素對環境的污染。 Ni/MH二次電池二次電

30、池40 Ni/MH電池在充放電中產生如下電極反應，工作原電池在充放電中產生如下電極反應，工作原理如圖所示：理如圖所示： 正極：正極： 負極：負極： 電池反應：電池反應：-2OHi(OH)N 放充eOHNiOOH2 eOHM2 OHMH放充放充M(OH)Ni2 MHNiOOH Ni/MHNi/MH電池工作原理電池工作原理41 Ni/MH電池的正極材料是電池的正極材料是Ni(OH)2，電池負極材料電池負極材料主要是儲氫合金主要是儲氫合金，其種類如表所示。，其種類如表所示。典型的典型的Ni/MH負極材料及特征負極材料及特征合金合金類型類型 典型氫化物典型氫化物 合金組成合金組成 吸氫質吸氫質量量/%

31、 電化學容電化學容/(mAh/g) 理論值理論值 實際值實際值 AB5LaNi5H6MmNi3.5-4(MnAl)0.3-0.8Co0.2-1.31.3348330AB2ZrMn2H3Zr1-xTixNia(MnV)b(CoFeCr)c1.8482420ABTiFeH2ZrNi1.4, TiNi2.0536350A2BMg2NiH4Mg2Ni3.6965500固溶體固溶體V0.8Ti0.2H0.8V4-x(NbTaTiCo)xNi0.53.8101850042 電解質需要有高的離子傳導能力，目前使用的電解質需要有高的離子傳導能力，目前使用的Ni/MH電池的電解質是電池的電解質是KOH水溶液水溶

32、液。KOH水溶液具有強腐蝕性，液體電解質給電池加制水溶液具有強腐蝕性，液體電解質給電池加制作帶來不便。作帶來不便。 用高導電性能的固體或凝膠電解質替代用高導電性能的固體或凝膠電解質替代KOH是是Ni/MH電池的一個發展趨勢電池的一個發展趨勢。 研究表明，采用高吸水和高親水能力的聚合物凝膠研究表明，采用高吸水和高親水能力的聚合物凝膠作為電解質，電池的電化學性能與普通作為電解質，電池的電化學性能與普通KOH電解電解質電池相近。質電池相近。43 Ni/MH電池開發重點是電池開發重點是大功率、高容量方向大功率、高容量方向。國際。國際上主要汽車公司如上主要汽車公司如GM、Ford和和Toyota等相繼開

33、發等相繼開發出出Ni/MH電動汽車和混合電動汽車，電動汽車和混合電動汽車， GM公司生產的公司生產的Ni/MH電池動力車，單次充電后可電池動力車，單次充電后可行駛行駛225km，時速為，時速為150公里。公里。GM生產的生產的EVI汽車，用汽車，用26個個12V的電的電池，池，3小時充電后時速可達到小時充電后時速可達到150公里公里44 日本日本Toyota公司開發出世界上第一個商品化的混合動力公司開發出世界上第一個商品化的混合動力車，該車采用車，該車采用240只高功率的只高功率的Ni/MH電池串聯電池組提供電池串聯電池組提供動力，總電壓動力，總電壓288V，容量為，容量為6.5Ah。豐田公司

34、生產的豐田公司生產的RAV4-EVI汽車，充電一次可行駛汽車，充電一次可行駛215公里公里45 2021年，我國電動汽車已從研發階段進入產業化階年，我國電動汽車已從研發階段進入產業化階段，成為全球電動汽車產業和市場開拓中一支不可段，成為全球電動汽車產業和市場開拓中一支不可忽視的力量。忽視的力量。 未來五至十年，混合動力汽車將成為傳統汽車節能未來五至十年，混合動力汽車將成為傳統汽車節能技術改造、升級換代的主要方向，純電動汽車將成技術改造、升級換代的主要方向，純電動汽車將成為近期發展戰略的主流，為近期發展戰略的主流，一汽豐田的普銳斯混合動力汽車一汽豐田的普銳斯混合動力汽車上海通用的雪佛蘭混合動力汽

35、車上海通用的雪佛蘭混合動力汽車46 我國已建立了具有自主知識產權、適用于中國公共我國已建立了具有自主知識產權、適用于中國公共交通和私人汽車市場特色的混合動力、純電動、燃交通和私人汽車市場特色的混合動力、純電動、燃料電池動力系統技術平臺，料電池動力系統技術平臺，掌握了整車集成技術。掌握了整車集成技術。 在電機、電池和控制系統方面，在電機、電池和控制系統方面，車用鎳氫和鋰離子車用鎳氫和鋰離子電池、車用燃料電池等電池、車用燃料電池等對電動汽車性能有決定性影對電動汽車性能有決定性影響的零部件領域，我國也取得重要進展。響的零部件領域，我國也取得重要進展。2021年年5月，成都月，成都4輛電動公輛電動公交

36、車上路，分別運行交車上路，分別運行16路和路和28路，充電后空載可行駛路，充電后空載可行駛270多公里多公里47LIB鋰離子二次電池鋰離子二次電池 Li是最輕的金屬元素是最輕的金屬元素，它的標準電極電位是，它的標準電極電位是-3.045V，是是金屬中負電位最大的元素金屬中負電位最大的元素，因此，因此Li負極電池的開發負極電池的開發受到極大重視，與受到極大重視，與Ni/MH電池性能的比較如下。電池性能的比較如下。普通普通Ni/MH，LIB及及Ni/Cd電池性能比較電池性能比較技術參數技術參數Ni/CdNi/MHLIB工作電壓工作電壓/V1.21.23.7質量比能量質量比能量/(Wh/kg)30-

37、5050-70100-150體積比能量體積比能量/(Wh/L)150200270沖放電壽命沖放電壽命/次次500500100048 LIB電池具有工作電壓高、比能量高、容量大、循環電池具有工作電壓高、比能量高、容量大、循環特性好、重量輕、體積小等優點，而且特性好、重量輕、體積小等優點，而且LIB無記憶效無記憶效應應，不需將電放盡后再充電；，不需將電放盡后再充電；LIB自放電小，每月在自放電小，每月在10以下，以下，Ni/MH電池自放電一般為電池自放電一般為30-40。 僅僅2000年，日本就銷售了年，日本就銷售了4億多只億多只Li電池。電池。移動移動 Li電池電池數碼相機數碼相機Li電池電池筆

38、記本筆記本Li電池電池49 LIB電池是一種電池是一種Li離子濃度差電池離子濃度差電池，充放電中，充放電中，Li離離子在正負極之間往返嵌入和脫嵌。子在正負極之間往返嵌入和脫嵌。 充電時，充電時，Li離子從正極脫嵌，通過電解質和隔膜，離子從正極脫嵌，通過電解質和隔膜，嵌入負極嵌入負極，使負極處于富，使負極處于富Li離子態，正極處于貧離子態，正極處于貧Li態；態；放電時，放電時，Li離子從負極脫嵌進入正極離子從負極脫嵌進入正極。鋰離子二次電池工作示意圖鋰離子二次電池工作示意圖50 LIB負極材料負極材料LIB負極材料的演變過程負極材料的演變過程負極材料負極材料金屬鋰金屬鋰鋰合金鋰合金碳材料碳材料氧

39、化物氧化物納米合金納米合金容量容量/(mAh/g)34007903727002000年代年代19651971199019951998金屬金屬Li容量最高，但在容量最高，但在LIB電池的長期充放電中，電池的長期充放電中， Li與有機電解質發生反應，發生與有機電解質發生反應，發生枝晶生長枝晶生長，并形成，并形成樹枝狀沉積物樹枝狀沉積物，導致電池內部短路。，導致電池內部短路。51 LIB電池以電池以炭材料替代炭材料替代Li負極、高電位的負極、高電位的LiCoO2作作正極的二次電池后正極的二次電池后，循環性能和安全性能得到大，循環性能和安全性能得到大幅度提高，其電池反應為：幅度提高，其電池反應為： 正

40、極：正極： 負極：負極： 電池：電池：2LiCoO放充eLiCoO2 放充eLiC6 6LiC放充6CLiCoO2 62LiCCoO 不同形狀的不同形狀的LiLi離子電池離子電池52 納米碳材料具有傳統碳材料無法納米碳材料具有傳統碳材料無法比擬的高比容量比擬的高比容量。 納米碳管由于特殊的管狀結構，納米碳管由于特殊的管狀結構，Li離子不僅可嵌入管內，還可嵌入離子不僅可嵌入管內，還可嵌入管壁縫隙，具有嵌入深度小、過管壁縫隙，具有嵌入深度小、過程短、嵌入位置多等優點，可提程短、嵌入位置多等優點，可提高高Li離子電池的充放電容量離子電池的充放電容量。 用納米碳管作負極，電池理論容用納米碳管作負極，電

41、池理論容量超過石墨嵌量超過石墨嵌Li化合物理論容量一化合物理論容量一倍以上。倍以上。納米碳管的顯微形貌納米碳管的顯微形貌納米碳管的顯微結構納米碳管的顯微結構53 LIB電池的電池的Li離子源由正極材料提供。離子源由正極材料提供。LiCoO2是最是最早商品化的正極材料。由于早商品化的正極材料。由于Co資源少資源少(地球已探明地球已探明Co儲量為儲量為1000萬噸，而萬噸，而Mn量是量是Co的的500倍倍)，人們，人們開發了開發了LiNiO2、LiMn2O4材料。材料。LIB正極材料的性能正極材料的性能正極正極材料材料理論比容量理論比容量(mAh/g)實際比容量實際比容量(mAh/g)密度密度(g

42、/cm3)特點特點LiCoO2275130-1405.00性能穩定，放電電壓性能穩定，放電電壓穩定，價格高穩定，價格高LiNiO2274170-1804.78熱穩定性差熱穩定性差LiMn2O4148100-1204.28安全性高，高溫循環安全性高，高溫循環和存放性差，價格低和存放性差，價格低54 鋰電池隔膜鋰電池隔膜(以聚乙烯、聚丙烯為主的聚烯烴隔膜以聚乙烯、聚丙烯為主的聚烯烴隔膜)是是鋰電池產業發展的關鍵材料。鋰電池產業發展的關鍵材料。 我校我校與與深圳星源材質公司深圳星源材質公司合作開展鋰離子電池隔膜合作開展鋰離子電池隔膜研制，取得重大突破。研制，取得重大突破。我校提供我校提供鋰電池隔膜制

43、造工藝、裝備設計及配方等關鍵技鋰電池隔膜制造工藝、裝備設計及配方等關鍵技術術，形成具有核心競爭能力的專有技術和工藝，產品技術，形成具有核心競爭能力的專有技術和工藝，產品技術指標可媲美進口產品，填補國內空白，打破國外壟斷。指標可媲美進口產品，填補國內空白，打破國外壟斷。55燃料電池材料燃料電池材料 56 燃料電池是直接將儲存在燃料和氧化劑中的化學能燃料電池是直接將儲存在燃料和氧化劑中的化學能高效且與環境友好地轉化為電能的材料高效且與環境友好地轉化為電能的材料。它是繼水。它是繼水力、熱能和核能發電后的力、熱能和核能發電后的第四種發電技術第四種發電技術。 燃料電池與二次電池不同的是燃料電池與二次電池

44、不同的是不在內部儲存能量，不在內部儲存能量，利用輸入燃料與氧的氧化還原反應輸出電能利用輸入燃料與氧的氧化還原反應輸出電能。甲醇燃料電池（甲醇燃料電池（DMFC）57 許多國家投入大量人力和財力進行燃料電許多國家投入大量人力和財力進行燃料電池研究，相繼開發：池研究，相繼開發：堿性氫氧燃料電池堿性氫氧燃料電池AFC磷酸型燃料電池磷酸型燃料電池PAFC熔融碳酸鹽燃料電池熔融碳酸鹽燃料電池MCFC固體氧化物燃料電池固體氧化物燃料電池SOFC質子交換膜燃料電池質子交換膜燃料電池PEMFC甲醇燃料電池甲醇燃料電池DMFC堿性氫氧燃料電池堿性氫氧燃料電池磷酸燃料電池磷酸燃料電池熔融碳酸鹽燃料電池熔融碳酸鹽燃

45、料電池固體氧化物燃料電池固體氧化物燃料電池質子交換膜燃料電池質子交換膜燃料電池58燃料電池應用燃料電池應用59堿性氫氧燃料電池堿性氫氧燃料電池AFC 1952年，培根研制出具有堿性年，培根研制出具有堿性氫氧燃料電池氫氧燃料電池(AFC)，標志著，標志著燃料電池進入實用化時代。燃料電池進入實用化時代。 培根電池的電極材料為培根電池的電極材料為Ni，電，電解質為濃度解質為濃度30的的KOH溶液溶液，氫為燃料，氧為氧化劑。，氫為燃料，氧為氧化劑。 工作電壓為工作電壓為30V，平均輸出功，平均輸出功率率600W，工作壽命大于，工作壽命大于400h，成為，成為Apllo登月飛船電源。登月飛船電源。氫氧燃

46、料電池構造示意圖氫氧燃料電池構造示意圖60 航天用堿性燃料電池是石棉膜堿性燃料電池航天用堿性燃料電池是石棉膜堿性燃料電池。電池用含電池用含32KOH水溶液的石棉體作電池隔膜，平均輸水溶液的石棉體作電池隔膜，平均輸出功率出功率7kW，電壓為，電壓為30V，壽命達到，壽命達到2500h。哥倫比亞號、挑戰者號等航天飛機使用石棉膜堿性燃料電哥倫比亞號、挑戰者號等航天飛機使用石棉膜堿性燃料電池，累計飛行時間超過池，累計飛行時間超過27000h。哥倫比亞號哥倫比亞號發現者號發現者號挑戰者號挑戰者號61 為適應未來為適應未來1000kW級、超長壽命的航天電源要求，級、超長壽命的航天電源要求，堿性燃料電池改進

47、后工作壽命延長到堿性燃料電池改進后工作壽命延長到105h。 AFC另一重要應用領域是作為潛艇動力電源另一重要應用領域是作為潛艇動力電源，德國，德國西門子公司已開發出西門子公司已開發出100kW的的AFC在潛艇上使用。在潛艇上使用。阿穆爾潛艇的燃料電池組阿穆爾潛艇的燃料電池組俄基洛級常規燃料電池潛艇俄基洛級常規燃料電池潛艇德阿穆爾燃料電池潛艇德阿穆爾燃料電池潛艇62磷酸型燃料電池磷酸型燃料電池PAFC 磷酸型燃料電池磷酸型燃料電池(PAFC)是用天然氣重整氣為燃料，是用天然氣重整氣為燃料，空氣為氧化劑，以浸有濃空氣為氧化劑，以浸有濃H3PO4的的SiC微孔膜作電解微孔膜作電解質，質，Pt/C為電

48、催化劑，產生的直流電經過變換后供為電催化劑，產生的直流電經過變換后供給用戶使用的電池。給用戶使用的電池。磷酸燃料電池磷酸燃料電池63 50-200kW的的PAFC可供現場可供現場使用使用，作為醫院、銀行的不，作為醫院、銀行的不間斷電源使用。間斷電源使用。 1000kW以上的以上的PAFC可供區可供區域性電站使用域性電站使用。 世界有大量世界有大量PAFC電站，最電站，最長已運行數萬小時，具有高長已運行數萬小時，具有高度的可靠性。度的可靠性。 PAFC工作時啟動時間較長工作時啟動時間較長，不適合作移動電源。，不適合作移動電源。磷酸型燃料電池用做不間斷電源磷酸型燃料電池用做不間斷電源磷酸型燃料電池

49、電站磷酸型燃料電池電站64熔融碳酸鹽燃料電池熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)(MCFC) 熔融碳酸鹽燃料電池熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)以熔融碳酸鹽為電解以熔融碳酸鹽為電解質，燃料是氫或天然氣，氧化劑為氧氣或空氣與質，燃料是氫或天然氣，氧化劑為氧氣或空氣與二氧化碳的混合氣體二氧化碳的混合氣體，電極反應為如下所示，電極反應為如下所示， 陰極：陰極： 陽極：陽極： 總反應：總反應： 2322CO2e4CO2Oe4OH2CO2CO2H222232 OH2H2O222 65 MCFC中中導電離子是導電離子是CO32-，在陰極在陰極CO2是反應物，是反應物，在陽極在陽極CO2是產物。是產物。為使電池穩定

50、連續工作，必須為使電池穩定連續工作，必須將陽極的將陽極的CO2產物返回到陰極。產物返回到陰極。MCFCMCFC燃料電池工作原理燃料電池工作原理66 MCFC電池由陽極、陰極、隔膜和雙極板組成電池由陽極、陰極、隔膜和雙極板組成。 MCFC的工作溫度為的工作溫度為600-700，且維持一定壓力，且維持一定壓力，Ni陽極工作一段時間后會變形，陽極工作一段時間后會變形，MCFC采用向采用向Ni中中加入加入Cr、A1等合金元素，利用第二相彌散強化形成等合金元素，利用第二相彌散強化形成高溫下不易變形的高溫下不易變形的NiCr、NiAl合金合金。 隔膜是隔膜是MCFC的核心部件的核心部件，要求強度高，耐，要

51、求強度高，耐高溫熔高溫熔鹽腐蝕鹽腐蝕，浸入電解質后具有良好的離子導電性。，浸入電解質后具有良好的離子導電性。MCFC隔膜使用隔膜使用LiAlO2，它在高溫熔鹽中具有很強它在高溫熔鹽中具有很強的抗碳酸熔鹽腐蝕的能力。的抗碳酸熔鹽腐蝕的能力。67 MCFC電池工作溫度為電池工作溫度為650，余熱利用價值高，余熱利用價值高，電池不使用貴金屬催化劑，同時還具有發電效率電池不使用貴金屬催化劑，同時還具有發電效率高、噪音低、污染小、余熱利用率高等優點高、噪音低、污染小、余熱利用率高等優點，適，適用于中、小型分散電站的建立，是充分利用能源用于中、小型分散電站的建立，是充分利用能源和減少環境污染的一種有效手段

52、。和減少環境污染的一種有效手段。 國際上大多國際上大多MCFC電站已經進入安裝試運行階段電站已經進入安裝試運行階段，一些兆瓦級電站的運行時間已經超過，一些兆瓦級電站的運行時間已經超過2萬小時。萬小時。68固體氧化物燃料電池固體氧化物燃料電池(SOFC)(SOFC) 固體氧化物燃料電池固體氧化物燃料電池包括電解質材料、電極材料包括電解質材料、電極材料和連接材料和連接材料。 O2在具有在具有催化活性催化活性的陰極上被還原成的陰極上被還原成O2-，O2-在電在電池兩側氧濃度差的驅動下，通過電解質中的氧空池兩側氧濃度差的驅動下，通過電解質中的氧空位定向遷移到陽極上，與燃料進行氧化反應。位定向遷移到陽極

53、上，與燃料進行氧化反應。SOFC燃料電池工作原燃料電池工作原理理69 釔穩定釔穩定ZrO2陶瓷陶瓷(YSZ)是是SOFC中應用最廣的電解質中應用最廣的電解質材料。材料。 陰極采用具有較高離子導電率的鈣鐵礦氧化物陰極采用具有較高離子導電率的鈣鐵礦氧化物，Sr摻雜摻雜LaMnO3是目前最常用的陰極材料。是目前最常用的陰極材料。 陽極材料采用金屬陽極材料采用金屬Ni，管式管式SOFC燃料電池燃料電池70 SOFC燃料來源廣泛，不需貴金屬催化劑，電池不含燃料來源廣泛，不需貴金屬催化劑，電池不含腐蝕性介質，能量綜合利用率達到腐蝕性介質，能量綜合利用率達到70以上以上。 SOFC電池被認為是最有效率的萬能

54、電池，可用于發電池被認為是最有效率的萬能電池，可用于發電、交通、宇航等許多領域。電、交通、宇航等許多領域。德西門子公司和美西屋公司在德西門子公司和美西屋公司在加州大學建立的加州大學建立的SOFC電站電站德西門子公司和美西屋公司在德西門子公司和美西屋公司在荷蘭建立的荷蘭建立的SOFC電站電站71質子交換膜燃料電池質子交換膜燃料電池(PEMFC) PEMFC是一種以是一種以全氟磺酸固全氟磺酸固體聚合物體聚合物為電解質，以為電解質，以Pt/C或或Pt-Ru/C為催化劑，以為催化劑，以氫或氫或凈化重整氣凈化重整氣為燃料，以為燃料，以空氣空氣或純氧或純氧為氧化劑，以為氧化劑，以帶有氣帶有氣體流動通道的石

55、墨或金屬板體流動通道的石墨或金屬板為雙極板的新型燃料電池。為雙極板的新型燃料電池。 構成構成PEMFC電池的材料有電電池的材料有電催化劑、電極、質子交換膜催化劑、電極、質子交換膜、雙極板材料。、雙極板材料。PEMFCPEMFC電池工作原理電池工作原理72 電催化劑要求對特定電極反電催化劑要求對特定電極反應有良好的催化活性，還要應有良好的催化活性，還要求耐腐蝕和良好導電性，求耐腐蝕和良好導電性，一一般選擇般選擇Ni、Pt及其合金及其合金。多孔多孔Ni的微觀形貌的微觀形貌 PEMFC為提高電流密度，減為提高電流密度，減少極化，需增加反應面積。少極化，需增加反應面積。可采用可采用多孔擴散電極多孔擴散

56、電極，形成，形成傳導氣、水、電的三維反應傳導氣、水、電的三維反應界面，界面，比表面積比平板電極比表面積比平板電極提高提高3-5個數量級，個數量級，大幅提高大幅提高電極的極限電流密度。電極的極限電流密度。PEMFC電池的多孔擴散電極構成電池的多孔擴散電極構成73 PEMFC具有能量轉化率高、環境友好等優點，在具有能量轉化率高、環境友好等優點，在室溫下可快速啟動、無電解液流失、水易排出、壽室溫下可快速啟動、無電解液流失、水易排出、壽命長，命長，特別適合作移動電源使用特別適合作移動電源使用。 在未來以氫為主要燃料的氫能時代，在未來以氫為主要燃料的氫能時代， PEMFC將得將得到更廣泛的應用。到更廣泛

57、的應用。PEMFC電池在電瓶車上的應用電池在電瓶車上的應用挑戰杯北航的無人駕駛驗證機中挑戰杯北航的無人駕駛驗證機中應用應用PEMFC電池作為電源電池作為電源74 直接甲醇燃料電池是直接甲醇燃料電池是PEMFC中的一類，直接使用中的一類，直接使用水溶液以及蒸汽甲醇為燃料供給來源，水溶液以及蒸汽甲醇為燃料供給來源，不需通過重不需通過重組甲醇、汽油及天然氣等再取出氫以供發電組甲醇、汽油及天然氣等再取出氫以供發電。 相較于相較于PEMFC，DMFC燃料成分危險性低，電池燃料成分危險性低，電池結構簡單，成為可攜式電子產品應用的主流。結構簡單，成為可攜式電子產品應用的主流。直接甲醇燃料電池直接甲醇燃料電池

58、(DMFC)Sharp研制的高功研制的高功率率DMFC電池，應電池，應用于移動設備用于移動設備75 2021年，工信部將在滬、晉、陜三地開展甲醇汽車年，工信部將在滬、晉、陜三地開展甲醇汽車試點，燃料將以高比例試點，燃料將以高比例M85(加入加入85%甲醇調配甲醇調配)和和M100(純甲醇燃料純甲醇燃料)兩大類型為主。兩大類型為主。 甲醇采取煤基生產路線，經濟優勢明顯，出租車使甲醇采取煤基生產路線，經濟優勢明顯，出租車使用用M100燃料，油費可從燃料，油費可從0.8元元/公里降到公里降到0.55元元/公里公里； 甲醇是清潔替代能源，一些煤制甲醇可回收甲醇是清潔替代能源，一些煤制甲醇可回收70%的

59、的CO2排放，綜合排放致癌物僅為汽柴油的排放，綜合排放致癌物僅為汽柴油的20%。 76太陽能電池材料太陽能電池材料77 太陽能太陽能在未來能源結構中占有重要地位在未來能源結構中占有重要地位地球上一年接受的太陽能總量為地球上一年接受的太陽能總量為3.81018kW，遠大于，遠大于人類對能源的需求量；人類對能源的需求量；分布廣泛，不需要開采和運輸；分布廣泛，不需要開采和運輸；不存在枯竭問題，可以長期利用；不存在枯竭問題，可以長期利用；安全衛生，對環境無污染等。安全衛生，對環境無污染等。人造衛星上的太陽能電池人造衛星上的太陽能電池78 通過通過光電轉化光電轉化將將太陽輻射能轉化為電能太陽輻射能轉化為

60、電能加以利用是加以利用是太陽能利用中最活躍的研究領域。太陽能利用中最活躍的研究領域。清華大學電力國家重點實驗室清華大學電力國家重點實驗室太陽能電池開發綜合利用系統太陽能電池開發綜合利用系統79 西班牙塞維利亞太陽能發西班牙塞維利亞太陽能發電站電站歐洲最大的太陽能歐洲最大的太陽能電站，可供電站，可供18萬戶使用，萬戶使用，每年減排每年減排60萬噸萬噸CO280 太陽能光電轉化的核心裝置是太陽電池太陽能光電轉化的核心裝置是太陽電池。 太陽電池的工作原理是太陽電池的工作原理是光伏效應光伏效應：太陽光的光量子與：太陽光的光量子與材料相互作用產生電子空穴對，在勢壘區靜電場作用材料相互作用產生電子空穴對，