新能源新材料新能源與新能源材料的任務及主要進展新能源新材料新能源與新能源材料的任務及主要進展1

新能源與新能源材料的任務及主要進展人類社會發展對能源的需求和面臨的挑戰新能源與新能源材料一些新能源材料的主要進展

新能源與新能源材料的任務及主要進展人類社會發展對能源的需求2幾個基本概念能源：產生機械能、熱能、光能、電磁能、化學能等各種能量的自然資源。按形成，可分為一次能源和二次能源；按能否再生，可分為可再生能源和不可再生能源；按使用情況，可分為常規能源和新能源。能源是人類賴以生存和發展工業、農業、國防、科學技術以及改善人民生活所必需的燃料和動力來源。幾個基本概念能源：產生機械能、熱能、光能、電磁能、化學能等各3幾個基本概念一次能源：亦稱為“初級能源”、“天然能源”。自然界以天然形式存在的、未經加工或轉換的能源。可分為源于太陽的能量，如太陽能、風能、水能、生物質能、海洋能以及煤炭、石油、天然氣、油頁巖等化石燃料；地熱能；核能；潮汐能。按在自然界能否循環再生，可分為可再生能源和不可再生能源。隨著科學技術的發展，常對其加工或轉換使之成為二次能源，以適應工藝或環境保護的需要，以及便于使用、輸送和提高勞動生產率等。幾個基本概念一次能源：亦稱為“初級能源”、“天然能源”。自然4幾個基本概念二次能源：也稱“次級能源”、“人工能源”。由一次能源經加工轉換而成的其他形式和種類的能源。包括焦碳、煤氣、電力、蒸汽、氫能、酒精，以及汽油、煤油、柴油、重油等油制品。與一次能源相比，提高了品位，并具有輸送、使用較方便、清潔等優點。二次能源的利用程度與一個國家的經濟、科學技術、國防等因素有關。幾個基本概念二次能源：也稱“次級能源”、“人工能源”。由一次5幾個基本概念可再生能源：簡稱“再生能源”。自然界生態循環中能不斷再生，并有規律地得到補充，不會枯竭的一次能源。包括太陽能、水能、風能、生物質能、海洋能和地熱能等。不可再生能源：又稱“非再生能源”。經人類開發利用后，在相當長的時期內不可能再生的自然能源。主要指各種礦物、化石燃料等需要經過漫長的地質年代才能形成的資源。對于不可再生能源的開發利用，不能任意破壞和浪費。幾個基本概念可再生能源：簡稱“再生能源”。自然界生態循環中能6

一、人類社會發展對能源的需求和面臨的挑戰能源與人類社會的生存及可持續發展休戚相關。為了可持續發展，必須保護人類賴以生存的自然環境和自然資源，這是人類進入二十一世紀后所面臨的嚴重挑戰。于是，科學工作者提出了資源與能源最充分利用技術(MaximumEnergyandResourcesUtilization---MERU技術)和環境最小負荷技術(MinimumEnvironmentalImpact---MEI技術)。新能源與新能源材料是這兩大技術的重要組成部分。發展新能源與新能源材料對我國尤其重要，是我國必須得到很好解決的重大課題。人類社會的發展伴隨著能源消耗量的增加。表0-1列出了世界一次能源消費的增長趨勢。

一、人類社會發展對能源的需求和面臨的挑戰能源與人類社會71-1工業文明刺激能源需求持續增長1-1工業文明刺激能源需求持續增長81-1工業文明刺激能源需求持續增長從表中可以看出，世界能源消費的增長率雖然波動較大，但是總趨勢是保持正增長。這兒有三個主要原因：一是世界經濟的高速增長，二是能源技術發展的刺激，三是世界人口的增長。據聯合國的有關統計資料，1990年全球人口為53億，預計到2020年人口將增加到81億，屆時能源消費將增加一倍。另一方面，科技進步使單位GDP（國內生產總值）的能耗逐漸降低。這也是高技術產業得到重視的原因。圖0-1給出了主要發達國家單位GDP能耗下降的情況。可以看出，在16年間單位GDP能耗降低了20~40%。我國的單位GDP能耗高出美國一倍以上。這表明我國技術落后、產業結構層次低。1-1工業文明刺激能源需求持續增長從表中可以看出，世界能源9新能源新材料專題ppt課件101-2

能源結構的變化人類能源消費的另一個趨勢是能源結構的變化。這種變化一方面反映出人類能源技術的進步，另一方面也反映出產業結構和社會生活的變化。表0-2給出了世界能源消費結構的變化。1-2能源結構的變化人類能源消費的另一個趨勢11新能源新材料專題ppt課件121-2

能源結構的變化從表中可以看出，自70年代開始，原油已代替原煤在能源消費中占據首位，天然氣的消耗比例也在增加。我國的能源結構仍以原煤為主。1996年的比例是：原煤75%，原油17.5%，天然氣1.6%，水電5.9%。從能源的應用形態看，小型分立的可移動電源的需求增長很快，這主要是信息技術發展的結果。特別是近些年來筆記本計算機、手提電話等移動通信、攝象機、聲像設備以及一些軍用電子設備等的發展，對電池的能量密度要求更高，并要求能反復使用。因此，促進了高容量二次電池的發展。二次電池成為新能源發展的重要方向之一。1-2能源結構的變化從表中可以看出，自70年代開始，原油131-3礦物質能源面臨枯竭的前景礦物能源枯竭的必然性已取得共識，但何時出現枯竭，預測卻不相同。表0—3列出1992年世界能源大會提供的調查資料。此表動態地預測了資源及需求的變化。對21世紀而言，原油和天然氣資源與需求的形勢是比較嚴峻的。1-3礦物質能源面臨枯竭的前景礦物能源枯竭的必然性已取14新能源新材料專題ppt課件151-4礦物燃料燃燒造成的環境污染礦物燃料燃燒時要放出二氧化硫、一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物、三四苯并芘、煙塵等。這些燃燒產物有的可破壞植被和土壤，如二氧化硫；有的對人的健康有害，如煙塵、三四苯并芘、二氧化硫等；有的對氣候有影響，如二氧化碳、氮氧化物等。在燃燒產物中，大多數都可以靠燃料的前處理、煙氣凈化大幅度降低，但二氧化碳卻不能用這些辦法降低。改變礦物燃料的種類，可以適當改變CO2釋放量。為獲得同等的熱量，以煤燃燒的CO2釋放量為“1”，則使用石油和天然氣時的CO2釋放量分別降至0.82和0.59。1-4礦物燃料燃燒造成的環境污染礦物燃料燃燒時要放出161-4礦物燃料燃燒造成的環境污染在向大氣釋放的CO2中，80%以上來自能源的生產。隨著能源消耗的增長，CO2釋放量在增大，如圖0—2所示。不同地區的人均CO2釋放量的狀況如圖0—3所示。1-4礦物燃料燃燒造成的環境污染在向大氣釋放的CO2中17新能源新材料專題ppt課件18新能源新材料專題ppt課件191-4礦物燃料燃燒造成的環境污染從圖中可以看出：（1）CO2釋放量呈愈來愈增大的趨勢。據統計1990年已達59億噸碳，如不采取有效措施，到2020年將達84億噸碳。（2）發達國家的釋放量占大部分。現在發達國家只占世界人口的18%，卻占總排放量的60%以上，在過去積累的排放量中，發達國家占90%。（3）發展中國家的排放量增長速度從70年代開始加快，進入80年代以來增長速度已超過發達國家。1-4礦物燃料燃燒造成的環境污染從圖中可以看出：201-4礦物燃料燃燒造成的環境污染上述排放量已使自然界CO2循環的平衡被打破。據聯合國所屬的IPCC(Inter-governmentalPanelonClimateChange，政府間氣候變化委員會）的數據，現在大氣中的CO2濃度已由1000年前的280×10-4%升至320×10-4%。多數專家認為，大氣中CO2濃度的增加是地球氣候變暖的重要原因，發展下去將對生態環境造成嚴重的破壞，危及人類的生存。1-4礦物燃料燃燒造成的環境污染上述排放量已使自然211-4礦物燃料燃燒造成的環境污染經過多次國際會議的討論與準備工作，1997年在京都召開的聯合國氣候變化框架會議第三次參加國會議的議定書上，規定簽字國必須在2008年—2012年嚴格將溫室氣體的排放量降低到規定指標。這個任務非常艱巨，要從節能、提高能源效率、設法吸收大氣中的CO2和擴大使用新能源來解決。1-4礦物燃料燃燒造成的環境污染經過多次國際會議的討22二、新能源與新能源材料

新能源的出現與發展，一方面是能源技術本身發展的結果，另一方面也是由于這些能源有可能解決上述的資源與環境問題而受到支持與推動。太陽能、生物質能、核能（新型反應堆）、風能、地熱、海洋能等一次能源和二次能源中的氫能等被認為是新能源，其中氫能、太陽能、核能是有希望在21世紀得到廣泛應用的能源。新能源的發展一方面靠利用新的原理（如聚變核反應、光伏效應等）來發展新的能源系統，同時還必須靠新材料的開發與應用，才能使新的系統得以實現，并進一步地提高效率、降低成本。二、新能源與新能源材料新能源的出現23

2．1材料的作用（1）新材料把原來習用已久的能源變成新能源。例如從古代起，人類就使用太陽能取暖、烘干等，現在利用半導體材料才把太陽能有效地直接轉變為電能。再有，過去人類利用氫氣燃燒來獲得高溫，現在靠燃料電池中的觸媒、電解質，使氫與氧反應而直接產生電能，并有望在電動汽車中得到應用。

2．1材料的作用（1）新材料把原來習用已久的能源242．1材料的作用（2）一些新材料可提高儲能和能量轉化效果。如儲氫合金可以改善氫的存儲條件，并使化學能轉化為電能，金屬氫化物鎳電池、鋰離子電池等都是靠電極材料的儲能效果和能量轉化功能而發展起來的新型二次電池。2．1材料的作用（2）一些新材料可提高儲能和能量轉化252．1材料的作用（3）新材料決定著核反應堆的性能與安全性。新型反應堆需要新型的耐腐蝕、耐輻照材料。這些材料的組成與可靠性對反應堆的安全運行和環境污染起決定性作用。2．1材料的作用（3）新材料決定著核反應堆的性能與安262．1材料的作用（4）材料的組成、結構、制作與加工工藝決定著新能源的投資與運行成本。例如，太陽電池所用的材料決定著光電轉換效率，燃料電池及蓄電池的電極材料及電解質的質量決定著電池的性能與壽命，而這些材料的制備工藝與設備又決定著能源的成本。因此，這些因素是決定該種新能源能否得到大規模應用的關鍵。2．1材料的作用（4）材料的組成、結構、制作與加工工27

2．2新能源材料的任務及面臨的課題為了發揮材料的作用，新能源材料面臨著艱巨的任務。作為材料科學與工程的重要組成部分，新能源材料的主要研究內容同樣也是材料的組成與結構、制備與加工工藝、材料的性質、材料的使用效能以及它們四者的關系。結合新能源材料的特點，新能源材料研究開發的重點有以下幾方面。

2．2新能源材料的任務及面臨的課題為了發揮材料的作用282．2新能源材料的任務及面臨的課題1）研究新材料、新結構、新效應以提高能量的利用效率與轉換效率。例如，研究不同的電解質與催化劑以提高燃料電池的轉換效率，研究不同的半導體材料及各種結構（包括異質結、量子阱）以提高太陽電池的效率、壽命與耐輻照性能等。2．2新能源材料的任務及面臨的課題1）研究新材料、新結構292．2新能源材料的任務及面臨的課題2）資源的合理利用

新能源的大量應用必然涉及到新材料所需原料的資源問題。例如，太陽電池若能部分地取代常規發電，所需的半導體材料要在百萬噸以上，對一些元素而言（如鎵、銦等）是無法滿足的。因此一方面盡量利用豐度高的元素，如硅等；另一方面實現薄膜化以減少材料的用量。又例如，燃料電池要使用鉑作觸媒，其取代或節約是大量應用中必須解決的課題。當新能源發展到一定規模時，還必須考慮廢料中有價元素的回收工藝與循環使用。2．2新能源材料的任務及面臨的課題2）資源的合理利用302．2新能源材料的任務及面臨的課題

3）安全與環境保護

這是新能源能否大規模應用的關鍵。例如，鋰電池具有優良的性能，但由于鋰二次電池在應用中出現過因短路造成的燒傷事件，以及金屬鋰因性質活潑而易于著火燃燒，因而影響了應用。為此，研究出用碳素體等作負極載體的鋰離子電池，使上述問題得以避免，現已成為發展速度最快的二次電池。另外有些新能源材料在生產過程中也會產生三廢而對環境造成污染；還有服務期滿后的廢棄物，如核能廢棄物，會對環境造成污染。這些都是新能源材料科學與工程必須解決的問題。2．2新能源材料的任務及面臨的課題3）安全與環境保312．2新能源材料的任務及面臨的課題4）材料規模生產的制作與加工工藝

在新能源的研究開發階段，材料組成與結構的優化是研究的重點；而材料的制作和加工常使用現成的工藝與設備；到了工程化的階段，材料的制作和加工工藝與設備就成為關鍵的因素。在許多情況下，需要開發針對新能源材料的專用工藝與設備以滿足材料產業化的要求。這些情況包括：①大的處理量；②高的成品率；③高的勞動生產率；④材料及部件的質量參數的一致性、可靠性；⑤環保及勞動防護；⑤低成本。

2．2新能源材料的任務及面臨的課題4）材料規模生產322．2新能源材料的任務及面臨的課題例如：在金屬氫化物鎳電池生產中開發多孔態鎳材的制作技術；開發鋰離子電池的電極膜片制作技術等。在太陽電池方面，為了進一步降低成本，美國能源部撥專款建立稱之為“光伏生產工藝”（PhotovoltaicManufacturingTechnology）的項目，力求通過完善大規模生產工藝與設備使太陽電池發電成本能與常規發電相比擬。2．2新能源材料的任務及面臨的課題例如：在金屬氫化物鎳電332．2新能源材料的任務及面臨的課題

5）延長材料的使用壽命

現代的發電技術、內燃機技術是眾多科學家與工程師在幾十年到上百年間的研究開發成果。用新能源及其裝置對這些技術進行取代所遇到的最大問題是成本有無競爭性。從材料的角度考慮，要降低成本，一方面要靠從上述各研究開發要點方面進行努力；另一方面還要靠延長材料的使用壽命。這方面的潛力是很大的。這要從解決材料性能退化的原理著手，采取相應措施，包括選擇材料的合理組成或結構、材料的表面改性等；并要選擇合理的使用條件，如降低燃料中的有害雜質含量以提高燃料電池催化劑的壽命就是一個明顯的例子。2．2新能源材料的任務及面臨的課題5）延長材料的34三、一些新能源材料的主要進展新能源材料的種類繁多。因篇幅有限，本專題僅介紹幾個有重大意義且發展前景看好的新能源材料，即新型二次電池材料、燃料電池材料、太陽電池材料及核能材料。新材料在這些新能源中的功能與取得的進展各不相同，下面我們將進行一些具體的討論。三、一些新能源材料的主要進展353．1金屬氫化物鎳電池材料氫能是最清潔的二次能源，儲氫材料的發現（1970年由VanVucht首先發現LaNi5合金具有良好的可逆儲氫性能）、發展及應用促進了氫能的開發利用。利用儲氫材料的可逆儲氫性能及伴隨的熱效應和平衡壓特征，可以進行化學能、熱能和機械能等能量交換，具體可以用于氫的高效儲運、電池的負極材料、高純氫氣的制備、熱泵、同位素的分離、氫壓縮機和催化劑等，形成一類新型功能材料。其中，金屬氫化物-鎳電池（MH-Ni）的商業化是儲氫材料研究成果最有經濟價值的突破，而MH-Ni電池的推廣應用又促進了便攜式電器和電動車輛的發展。3．1金屬氫化物鎳電池材料氫能是最清潔的二次能源，363．1金屬氫化物鎳電池材料

儲氫合金作為MH-Ni電池的負極材料應用是由于其具有獨特的儲氫和點化學反應雙重功能。儲氫合金作為MH-Ni電池的負極材料的應用一般需要具備以下主要特征：（1）合金的儲氫容量較高，平臺壓力適中，對氫的陽極氧化具有良好的電催化性能；（2）在氫的陽極氧化電位范圍內，合金具有較強的抗氧化性能；（3）在反復充放電循環過程中，合金的抗粉化性能優良。（4）在強堿性電解質溶液中，合金組份的化學性質穩定；（5）合金具有良好的電和熱的傳導性；（6）合金的成本低廉。3．1金屬氫化物鎳電池材料儲氫合37

3．1金屬氫化物鎳電池材料

金屬氫化物鎳（Ni／MH）電池是一種以儲氫合金作為負極材料的新型二次電池。因其能量密度比Ni／Cd電池高約1．5～2倍，且無鎘的污染，現已廣泛用于移動通信、筆記本電腦等各種小型便攜式電子設備，并正在開發商品化電動汽車的動力源。Ni/MH電池的發展方向主要是進一步提高電池的能量密度及功率密度，改善放電特性以及提高電池的循環壽命等。這主要靠所用材料取得的進步。

3．1金屬氫化物鎳電池材料383．1金屬氫化物鎳電池材料

1）正極材料的改善Ni／MH電池的容量為正極所限制。進一步改進球形Ni（OH）2正極材料的性質對于提高電池的綜合性能有重要意義。對正極材料的研究與開發著重在：通過材料制備技術的研究，進一步控制Ni（OH）2的形狀、化學組成、粒徑分布、結構缺陷及表面活性等，從而進一步提高正極的放電容量及循環穩定性等性能。3．1金屬氫化物鎳電池材料1）正極材料的改善393．1金屬氫化物鎳電池材料

2）AB5型儲氫合金的改進

研究開發中的儲氫負極合金體系有AB5型混合稀土系合金、AB2型Laves相合金、AB型鈦鎳系合金、A2B型Mg－Ni系合金和釩基固溶體型合金等。其中，由于AB5型混合稀土系合金具有良好的性能價格比，現已成為國內外Ni／MH電池生產中使用最為廣泛的負極材料。對AB5型混合稀土系合金的進一步改進著重在合金的成分、結構的優化及表面改性處理等方面，力求進一步提高合金的綜合性能。3．1金屬氫化物鎳電池材料2）AB5型儲403．1金屬氫化物鎳電池材料

在合金成分優化方面，包括對合金A側混合稀土的組成(La、Ce、Pr、Nd）的優化和對合金B側的多元合金化（Co、Mn、Al、Cu、Fe等）的替代研究。在對合金結構優化方面，已通過快速凝固、定向凝固及合金的熱處理等制備技術的研究，使合金的成分均勻化，減少或消除了第二相的晶界偏析并使晶粒細化，從而使合金的循環穩定性得到明顯改善。此外，采用熱堿浸漬等方法對合金進行表面改性處理，還可使合金的高倍率放電性能及循環穩定性進一步得到提高。3．1金屬氫化物鎳電池材料在413．1金屬氫化物鎳電池材料3）新型高容量儲氫電極合金的研究與開發由于AB5型混合稀土系儲氫合金的本征儲氫量較低（理論容量約372mAh／g），難以滿足Ni／MH電池不斷提高能量密度的需求，因此對各種新型高容量儲氫電極合金的研究與開發已受到人們廣泛的關注。其中，AB2型合金的放電容量可比AB5型合金提高約30％～40％，已在美國OVONIC公司的Ni／MH電池中應用。但是AB2型合金目前還存在初期活化困難以及高倍率放電性能不如AB5型合金等問題，有待進一步研究與改進。3．1金屬氫化物鎳電池材料3）新型高容量儲氫電極合423．1金屬氫化物鎳電池材料

研究開發中的新型高容量儲氫合金還有非晶態Mg-Ni系合金（按La1.8Ca0.2Mg14Ni3計算，理論容量近1000mAh／g）和釩基固溶體型合金（按Ti22V66Ni12計算，理論容量約800mAh／g）。就其研究水平而言，目前都還存在循環容量衰退速度較快、電極壽命短等問題，有待于進一步提高。合金成分與結構的優化、合金制備技術及表面改性處理也是進一步提高新型儲氫合金性能的主要研究方向。3．1金屬氫化物鎳電池材料研究433．1金屬氫化物鎳電池材料4）電池的再生利用

隨著Ni／MH電池產業的迅猛發展，人們將面臨著如何處理大量經過使用后而失效的Ni／MH電池廢棄物的問題。通過采用火法或濕法冶金的方法對廢棄電池進行再生處理，不僅可以減少或消除電池廢棄物對環境的污染，同時還可使電池材料中的稀土元素、鎳鈷等有價金屬得到再生利用。這對于金屬資源的有效利用及降低電池的生產成本均有重要意義。3．1金屬氫化物鎳電池材料4）電池的再生利用44

3．2鋰離子二次電池材料

鋰離子電池因有高的比容量而引起人們重視。據報道，到2000年，鋰離子電池在小型二次電池中已占首位。

3．2鋰離子二次電池材料鋰453．2鋰離子二次電池材料為了更清楚、準確地理解鋰離子二次電池的工作原理，需要對其用到的下列基本概念有所了解。電化學比容量：單位質量或單位體積的電極活性物質所能嵌入或脫嵌的與鋰離子數目相應的電量；不可逆容量損失：在充放電過程中，電極的充放電率低于100%，即充電與放電的電化學容量不相等，損失的部分稱為不可逆容量損失；3．2鋰離子二次電池材料為了更清楚、準確地理解鋰離子463．2鋰離子二次電池材料充放電倍率：充放電倍率可定義為I=C/N,其中C為電池的標稱電化學容量值，N為放電小時數。一個容量為2Ah的電池以20小時放電稱為0.1C。I值的大小反映了電池充放電的快慢，主要與電池內部各種電極過程的速率有關；循環性：即電極材料在反復的充放電過程中保持其電化學容量的能力。電池的循環性的好壞與電極材料的結構穩定性、化學穩定性、熱穩定性有關；3．2鋰離子二次電池材料充放電倍率：充放電倍率可定義473．2鋰離子二次電池材料正負極：一般地講，在鋰離子二次電池體系中，定義放電時失去電子的電極為負極，也稱為陽極；放電時得到電子的電極為正極，也稱為陰極。當然，在某些國家，其陽極和陰極的定義與此正好相反。3．2鋰離子二次電池材料正負極：一般地講，在鋰離子二483．2鋰離子二次電池材料鋰離子電池的發展方向為：①發展電動汽車用大容量電池；②提高小型電池的性能；③加快聚合物電池的開發以實現電池的薄型化。這些方向都與所用材料的發展密切相關，特別是與負極材料、正極材料和電解質材料的發展相關。3．2鋰離子二次電池材料鋰離子電池493．2鋰離子二次電池材料據ScientificAmerican,2004年第1期報道，美國阿爾貢國家實驗室電池技術研發組已研制成功可用于混合能源汽車和醫學設備的高性能鋰基電池。課題負責人KhalilAmine生于摩洛哥，在法國接受教育。2002年，他領導一個阿爾貢材料科學家研究小組，在鋰電池設計方面取得了令人矚目的成就。為了制造適用于汽油—電力混合能源汽車的電池（要求很高的峰值動力），他們優化了鋰—錳的化學組成，與基于鈷和鋰的替代方案相比，鋰—錳電池具有固有的安全性。3．2鋰離子二次電池材料據ScientificAm503．2鋰離子二次電池材料

而且，錳晶體預期更為耐用，降低了更換車用電池的費用。研究人員還改進了基于鋰、鐵和磷酸鹽的電池，以適用植入型的醫學設備，這里的難點是能量儲存，而不是峰值能量。目前的人體植入電池只能用3年，而阿爾貢的新電池有望使用10年。這一時間足以保證所謂“微刺激器”的可行性。3．2鋰離子二次電池材料而且，錳51新能源新材料專題ppt課件523．2鋰離子二次電池材料

1）碳負極材料

早在1965年就開始使用金屬鋰作負極，并曾投入批量生產，但由于此種電池在對講機中突發短路，使用戶燒傷，因而被迫停產并收回出售的電池。研究表明，這是由于金屬鋰在充放電過程中形成樹枝狀沉積造成的。現在實用化的電池是用碳負極材料，靠鋰離子的嵌入或脫嵌而實現充放電，從而避免了上述不安全問題。目前，使用的碳材料有硬碳、天然石墨或中間相微珠等。通過對不同碳素材料在電池中的行為研究，使碳負極材料得到優化。3．2鋰離子二次電池材料1）碳負極材料533．2鋰離子二次電池材料2）納米合金材料

為了克服金屬鋰負極的安全性，曾研究了許多種合金體系。雖然一些鋰合金可以避免枝晶生長，但經過多次充放電，由于體積的變化致使負極粉化，造成電池性能變壞。最近發現納米級的Sn及SnSb、SnAg等金屬間化合物可使電池的循環性能得到明顯改善，有望在將來用于電池生產。3．2鋰離子二次電池材料2）納米合金材料543．2鋰離子二次電池材料3）正極材料

目前使用的正極材料為LiCoO2。就現狀來說，人們已對此種化合物的晶體結構、化學組成、粉末粒度及粒度分布等因素對電池性能的影響進行了深入研究。在此基礎上使電池性能得到改善。為了降低成本，提高電池的性能，還研究用一些金屬取代金屬鈷的方案。研究較多的是LiMn2O4，目前正針對其高溫下性能差的缺點進行改進。現在研究的還有雙離子傳遞型聚合物正極材料。3．2鋰離子二次電池材料3）正極材料553．2鋰離子二次電池材料4）電解質材料

研究集中在非水溶劑電解質方面，這樣可得到高的電池電壓。重點是針對穩定的正負極材料調整電解質溶液的組成，以優化電池的綜合性能。還發展了在電解液中添加SO2和CO2等方法以改善碳材料的初始充放電效率。三元或多元混合溶劑的電解質可以提高鋰離子電池的低溫性能。開發聚合物電解質是鋰離子電池的重要方向，它關系到薄型電池的發展。3．2鋰離子二次電池材料4）電解質材料563．3太陽電池材料

太陽能為人類最主要的可再生能源。一方面太陽每年照射到地球上的能量遠遠超過人類所消耗的能源總量；另一方面這巨大的能量卻分散到整個地球表面，單位面積接受的能量強度不高。因此太陽電池發展的制約因素有：①接受面積的問題，如太陽電池成為主要能源則需要相當龐大的接受面積；②能量按時間分布不均的問題，即有晝夜之分，又有季節之分；③電池材料的資源問題，大量應用需要百萬噸到上億噸的半導體材料；④成本問題。3．3太陽電池材料太陽能為人類573．3太陽電池材料

結合上述因素，太陽電池材料的發展主要圍繞著提高轉換效率、節約材料消耗、降低成本等問題進行研究。主要有以下進展：

1）發展材料工藝，提高轉換效率

材料工藝包括材料提純工藝、晶體生長工藝、晶片表面處理工藝、薄膜制備工藝、異質結生長工藝、量子阱制備工藝等。通過上述研究與發展，使太陽電池的轉換效率不斷提高。目前，單晶硅電池的轉換效率已達23.7％，多晶硅電池達18.6％，砷化鎵基電池達33％。3．3太陽電池材料結合上述因素583．3太陽電池材料2）發展薄膜電池，節約材料消耗

目前大量應用的為晶體硅電池。此種材料屬間接禁帶結構，需較大厚度（一般為200~300μm）才能充分吸收太陽能。而薄膜電池，如砷化鎵電池、硫化鎘電池、非晶硅電池，則只需1～2μm的有源層厚度，這樣可大幅度降低材料消耗。最近，多晶硅薄膜電池的有源層厚度又降到50μm，同時使用襯底剝離技術，使襯底可多次使用。這些都是節約材料的途徑。3．3太陽電池材料2）發展薄膜電池，節約材料消耗593．3太陽電池材料3）材料的大規模加工技術

提高太陽電池成本競爭能力的途徑之一是擴大生產規模。其中材料制備與加工規模是關鍵性的，為此研究開發大生產的工藝與設備。例如，使用開發成功的每爐超過200kg的鑄錠設備生產多晶硅錠，既提高了生產效率，又增大了材料的實收率；采用線切割機切硅晶片，可使材料切割的損耗降低10個百分點以上。目前生產的太陽電池的70％～80％是晶體硅太陽電池，它們使用的原料為生產半導體器件用晶體的頭尾料及等外品。隨著太陽電池生產規模的擴大，必須批量生產太陽能級硅，它在純度上和成本上都應滿足太陽電池的需求，目前正在研究開發中。3．3太陽電池材料3）材料的大規模加工技術603．3太陽電池材料

4）與建筑相結合

解決太陽電池占地面積問題的方向之一是與建筑相結合。除了建筑物的屋頂可架設太陽電池板之外，將太陽電池做在建筑材料上是值得重視的。現在已用非晶硅太陽電池做在屋頂瓦、半透明或不透明垂直幕墻。窗用玻璃等建筑材料上。這顯然是材料工藝與設備發展的結果。問題：上述太陽電池材料能全部吸收太陽光嗎？3．3太陽電池材料4）與建筑相結合61染料敏化納米晶薄膜太陽電池1991年和1993年，瑞士的MichaelGratzel教授先后在Nature和JournaloftheAmericanChemicalSociety上發表論文，報道了一種全新的太陽電池---染料敏化納米晶薄膜太陽電池。它制作方法簡單，成本低，光電轉換效率超過了10%。這一轉換效率可以和非晶硅太陽能電池相比，并且也是目前唯一可以和非晶硅電池競爭的侯選者。而這種基于納米半導體晶體材料和工藝的新型電池因具有進一步提高效率和降低成本的潛在優勢而一直得到高度重視，染料敏化納米晶薄膜太陽電池已經成為太陽電池研究領域的一個新的熱點。染料敏化納米晶薄膜太陽電池1991年和1993年，瑞士的Mi62染料敏化納米晶薄膜太陽電池的結構染料敏化納米晶薄膜太陽電池主要由以下幾部分組成：透明導電玻璃（TCO）納米（TiO2）多孔半導體薄膜、染料光敏化劑、電解質和反電極。在太陽電池中，光電轉換過程通常可分為光激發產生電子空穴對、電子空穴對的分離、向外電路的輸運等三個過程。染料敏化納米晶薄膜太陽電池的結構染料敏化納米晶薄膜太陽電池主63染料敏化納米晶薄膜太陽電池的工作原理染料敏化納米晶太陽電池的工作原理和傳統的p—n結太陽電池不同，在染料敏化納米晶太陽電池中，光的捕獲和電荷的傳輸是分開進行的。光的捕獲是由染料分子完成的，染料分子吸收光子后，處在激發態的染料分子產生了中心離子到配體的電荷遷移，電子通過配體注入到二氧化鈦的導帶，再通過多孔的二氧化鈦薄膜傳輸到光陽極，從外電路通過負載傳輸到反電極，同時染料分子被電解質中的Iˉ離子還原，實現了電荷的分離。電解質中的氧化還原電對將空穴傳輸到反電極，與電子復合，完成一個循環。染料敏化納米晶薄膜太陽電池的工作原理染料敏化納米晶太陽電池的64染料敏化納米晶薄膜太陽電池目前研究的重點新型高效敏化劑的合成：

開發新染料的主要目的是：使染料能在全可見光譜范圍和近紅外光譜區吸收光子能量，并具有高的量子產率。染料敏化納米晶薄膜太陽電池目前研究的重點新型高效敏化劑的合成65染料敏化納米晶薄膜太陽電池目前研究的重點電解質：

電解質體系的主要功能除了復原染料和傳輸電荷外，還能改變二氧化鈦、染料及氧化還原電對的能級，改變體系的熱力學和動力學特性，對光電壓影響很大。為提高電池的光電性能，人們在電解質體系中進行了很多的研究工作，得出了不少有意義的結果。研究制備出電導率和離子傳導率高，電極電位與染料能級匹配，與二氧化鈦納米晶以及對電極界面結合性能良好的高分子固體電解質或準固體電解質是目前研究的重點課題之一。染料敏化納米晶薄膜太陽電池目前研究的重點電解質：66染料敏化納米晶薄膜太陽電池目前研究的重點多孔膜的制備：

多孔膜是納米晶染料敏化太陽電池的骨架部分。它不僅是染料分子的支撐和吸附載體，同時也是電子的傳輸載體。納米晶多孔膜的最大特點是它具有大的總表面積，如10?m厚的納米晶多孔膜的總表面積比其幾何面積大1000倍。另外多孔膜中的孔的連通性也是多孔膜結構的一個重要指標，這關系到電解質中氧化還原電對的有效傳輸。目前，實驗室中廣泛使用的制膜方法有：刮涂法（doctor-blade）、旋涂法（spincoating）、和逐層沉積法（layerbylayerdeposition）等染料敏化納米晶薄膜太陽電池目前研究的重點多孔膜的制備：67染料敏化納米晶薄膜太陽電池存在問題

染料敏化納米晶太陽電池目前存在的主要問題是效率和穩定性的最優化。這包括兩個方面：

（1）液體染料敏化太陽電池的長期穩定性，主要是封裝技術問題，解決電解質的泄露和變性問題；（2）固態電解質染料敏化納米晶太陽電池效率低的問題。染料敏化納米晶薄膜太陽電池存在問題染料敏化68

3．4核能材料核反應堆可分為裂變反應堆和聚變反應堆兩大類。裂變反應堆已大量應用，對其材料的研究除了優化商品堆的性能外，主要為了滿足新型堆的需要，如滿足高溫氣冷堆和快中子增殖堆的要求。聚變堆離實際應用還有相當的距離，核能界公認聚變堆材料是技術難點之一。當前，核能材料研究發展的重點有以下幾方面：

3．4核能材料核反應堆可分為裂變反應堆和聚變反693．4核能材料

1）包殼材料

包殼材料的主要功能是在裂變堆中將燃料與冷卻劑分開。對它的技術要求是應具備低的中子吸收截面、良好的抗輻照性能、與燃料相容性好、滿意的耐蝕性、足夠的力學性能等，已使用的有鋁合金、鋯合金、鎂合金、不銹鋼等。研究的重點是快中子增殖堆，這是因為一方面是裂變密度高，另一方面是熔融鈉的溫度介于525K～975K之間，容易使包殼材料產生眾多的結構缺陷，從而導致力學性能劣化。

3．4核能材料1）包殼材料703．4核能材料目前快堆多采用316型奧氏體不銹鋼及其改進型，正在研究的有鐵素體不銹鋼、鎳基合金、氧化物彌散強化合金等。在現在運行的水冷堆中多采用鋁合金作包殼材料。在三里島事故后，考慮到大破口失水事故的危險性，人們又在探討用不銹鋼取代鋁合金的問題，此項工作正在進行中。在空間用的熱離子反應堆中，兼作支持極的包殼的溫度可達1500℃，多選用難熔金屬鎢、鉬等。3．4核能材料目前快堆多采用316型奧氏體不銹鋼及713．4核能材料

2）核燃料

核燃料一方面要在核素組成方面滿足核反應的要求，另一方面應具備符合反應堆要求的具體形狀，如圓柱形、板狀、顆粒狀等。高溫氣冷堆的溫度很高，要求使用包覆型顆粒，即在氧化物核燃料小球的表面用熱裂解碳或碳化物包覆。此種顆粒的破損率會直接影響高溫氣冷堆的運行。現在正在研究用碳化鋯進行包覆以提高堆的工作性能。3．4核能材料2）核燃料723．4核能材料3）聚變堆的第一壁材料

它是聚變堆技術中要求最苛刻的材料。第一壁是托克馬克型聚變堆包容等離子區和真空區的部件。它要經受14MeV中子及其他高能帶電粒子的轟擊，其輻照效應比裂變堆所經受的要強得多，而且14MeV中子不僅會在材料中產生離位損傷，而且所造成的中子嬗變反應會產生大量的氫、氦等氣體及其他雜質。由于第一壁與等離子體之間會發生強烈的相互作用，引起材料的嚴重剝蝕，所以第一壁的結構是由兩種材料組成的，包括等離于體面向材料和結構材料。前者的研究對象主要有鈹、鎢、鎢合金及復合材料，后者有不銹鋼、釩合金及復合材料等。3．4核能材料3）聚變堆的第一壁材料733．4核能材料4）核廢料的處理

在反應堆的運行和退役階段均產生具有不同放射性的核廢料。其中高放射性核廢料最難處理。一方面由于其放射性強，而且有些核素具有幾萬年或更長的半衰期。如何保證這些放射性物質長期不擴散到生物圈中？一直是困擾核能利用的一大難題。最近正在研究利用核反應“焚燒”

這種廢物，使之轉化為無放射性或短半衰期的核素。3．4核能材料4）核廢料的處理74細菌電池數十年來，研究人員試圖將垃圾和污水中富含的糖類，轉變成像酒精一樣的燃料，用來燃燒發電。美國馬薩諸塞大學的科學家們發明了一種極具效率的方式，省去中間步驟，直接將糖轉化為電能。他們利用的是一種從海泥中提取的親糖微生物Rhodoferaxferrireducens.這種桿菌會奪取糖分子的電子，并將這些負電荷轉移到石墨電極上，以高于80%的能量轉換效率來發電，持續數天。以前的微生物電池最多只有50%的電能轉化率，而且要用到不穩定的成份，因此并不適用于長期發電。研究人員在2003年10月號的“自然與生物技術”中指出，如果改進新型電池的電極，應該可以再提高功率輸出。細菌電池數十年來，研究人員試圖將垃圾和污水中富含的糖類，轉變753.5燃料電池材料燃料電池在固定與分散電站、交通運輸、移動電源等方面廣泛的應用前景現已得到許多研究單位和公司的廣泛關注。這里簡要介紹幾種主要類型燃料電池的特點、研究狀況、市場需求和技術挑戰。堿性燃料電池（AlkalineFuelcell—AFC）、磷酸燃料電池（PhosphoricAcidFuelCell—PAFC）、熔融碳酸鹽燃料電池（MoltenCarbonateFuelCell—MCFC）、固體氧化物燃料電池（SolidOxideFuelCell—SOFC）、質子交換膜燃料電池（ProtonExchangeMembraneFuelCell—PEMFC）、直接醇類燃料電池（DirectAlcoholFuelCell—DAFC).3.5燃料電池材料燃料電池在固定與分散電站、交通運輸763.5燃料電池材料

燃料電池是一種將燃料和氧化劑的化學能直接轉換成電能的電化學反應裝置．一節燃料電池由陽極、陰極和電解質隔膜構成．燃料在陽極氧化，氧化劑在陰極還原，從而完成整個電化學反應．電解質隔膜的功能為分隔燃料和氧化劑并起到離子傳導的作用。1839年，英國科學家Grove首先介紹了燃料電池的原理性實驗．約100年后，Bacon采用多孔氣體擴散電極制備了培根型堿性燃料電池．20世紀60年代，燃料電池首次應用在美國航空航天管理局（NASA）的阿波羅登月飛船上作為輔助電源，為人類登月球做出了積極貢獻，燃料電池的研究進入了快速發展階段．后來稱這一時期為燃料電池開發的空間時代（Spaceera）．

3.5燃料電池材料燃料電池是一種將燃料和氧化劑的化773.5燃料電池材料1973年，在全球能源危機的刺激下，為了提高能源利用率，研究重點從航天轉向地面發電裝置，磷酸燃料電池（PAFC）、熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）以及直接采用天然氣、煤氣和碳氫化合物作燃料的固體氧化物燃料電池（SOFC）作為固定電站或分散式電站相繼問世，燃料電池的研究與開發掀起了新高潮，這一時期稱為燃料電池開發的能源時代（energyera）。其后，隨著能源危機的緩解，燃料電池的研究也隨之冷淡下來。80年代末期，環境污染問題逐步惡化，1987年美國公布了來自發電站和交通運輸方面的廢氣，如CO、NOx、SOx、粉塵等的污染物幾乎相等，且總量超過大氣中污染物的90％以上，以提高能源利用率，減少環境污染為目標的燃料電池研究開發工作引起了各國政府及科學家的重視，促進了燃料電池開發的環境時代（environmentalera）的到來．3.5燃料電池材料1973年，在全球能源危機的刺激下783.5燃料電池材料1993年，加拿大Ballard電力公司展示了一輛零排放、最高時速為72km／h、以質子交換膜燃料電池（PEMFC）為動力的公交車”，引發了全球性燃料電池電動車的研究開發熱潮。許多發達國家相繼投入了大量人力、財力開展以PEMFC為動力電源的電動車、艦船、潛艇、水下機器人等研究與開發工作，并取得了長足進展。近些年來，由于直接醇類燃料電池（DAFC）的結構簡單，燃料存儲、攜帶方便等特點，在移動電源、微型電源以及傳感器件等方面具有廣闊的應用前景，作為一支新秀已成為燃料電池研究與開發的新的熱點之一。3.5燃料電池材料1993年，加拿大Ballard電793.5燃料電池材料燃料電池的特點與技術狀況：

燃料電池直接將燃料和氧化劑的化學能轉換為電能，不受卡諾熱機循環的限制，只要提供燃料即可發電，其特點可概括如下：1）能量轉換效率高。理論上講，燃料電池的能量轉化效率可高達85％－90％．實際電池在工作時由于受各種條件的限制，目前各類燃料電池的能量轉化效率約在40％－60％．若實現熱電聯供，燃料的總利用率可達80%以上。3.5燃料電池材料燃料電池的特點與技術狀況：803.5燃料電池材料（2）環境友好。當燃料電池以富氫氣體為燃料時，其二氧化碳的排放量比熱機過程減少40％以上；若以純氫氣為燃料，其化學反應產物僅為水，從根本上消除了CO、NOx、SOx、粉塵等大氣污染物的排放，可實現零排放。(3)安靜。燃料電池按電化學反應原理工作，運動部件少、工作噪聲低。實驗表明，一個40kW的PAFC電站，與其相距4．6m的噪聲水平僅為50dB，而4．5MW和11MW的大功率PAFC電站的噪聲水平也不高于55dB．3.5燃料電池材料（2）環境友好。當燃料電池以81聽覺效果與聲音的強弱

聲音來源聲音的強弱/dB聽覺效果樹葉微動10寂靜輕聲交談20~30安靜正常說話40~50正常大聲呼喊70~80較吵汽車喇叭90很響載重汽車100~110震耳飛機發動機120~130痛苦難忍聽覺效果與聲音的強弱聲82舉例（據科學2004第一期）

從1990年代中期開始，德國戴姆勒—克萊斯勒（DaimlerChrysler）汽車公司在燃料電池車的實際應用開發中一直處于領先地位。最近，該公司已經對第一批燃料電池車進行了運行測試。今年年初起，一些歐洲城市已向戴姆勒—克萊斯勒汽車公司預訂了大約30輛燃料電池城市客車。基于梅賽德斯奔馳A級的汽車也將于今年年底在美國進行測試。燃料電池車使用氫（以壓縮氣體的形式儲存）作為燃料，它與周圍空氣中的氧進行化學反應，生成物只有水而無任何其它有害氣體。這樣，燃料電池車美國加州委托的零煙霧、零溫室氣體排放的目標，第一輛燃料電池車將作為美國能源部的送貨車，并在美國總統環保署設在密歇根州奧本山的加氫站補充燃料。舉例（據科學2004第一期）83德國戴姆勒—克萊斯勒（DaimlerChrysler）燃料電池樣車德國戴姆勒—克萊斯勒（DaimlerChrysler）燃料84加拿大ZECA聯合公司和美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室宣稱將煤轉化為氫燃料的過程推向市場北美擁有豐富的煤儲量，傳統的燃煤發電廠向空中排放大量二氧化碳和其它溫室氣體。近幾年來，美國洛斯阿拉莫斯（LosAlamos）國家實驗室針對發電提出了煤碳零排放概念。這一過程首先要將煤轉化為甲烷，然后再重構生成氫和碳酸鈣。氫用于燃料電池以產生電能，碳酸鈣則分解為氧化鈣和二氧化碳。二氧化碳再通過化學反應轉變為礦物質（碳酸鎂）埋入地下。本質上，碳又以礦物質的形式重新回到大地。這一過程的有效率達70%，差不多是目前燃煤電廠的兩倍。1999年，成立了一個由能源公司和研究機構組成的共同體“煤碳零排放聯盟”（ZECA），2001年，以贏利為目的的ZECA聯合公司取代該聯盟，目前正從事試驗工廠的設計和建設。加拿大ZECA聯合公司和美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室宣稱將煤轉85加拿大ZECA聯合公司和美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室宣稱將煤轉化為氫燃料的過程推向市場加拿大ZECA聯合公司和美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室宣稱將煤轉863.5燃料電池材料（4）可靠性高．AFC和PAFC作為空間電源、各種應急電源和不間斷電源以及分散式電站的實際運行均證明了燃料電池的高度可靠性。正是由于這些突出的優越性，燃料電池技術的研究與開發備受各國政府與公司的青睞，被認為是二十一世紀首選的、潔凈的、高效的發電技術．各種燃料電池的發展與具體的研究與開發狀況已有專門報道，其技術狀況如表1所示。3.5燃料電池材料（4）可靠性高．AFC和PAFC作87新能源新材料專題ppt課件88最新研究進展據最近報道，美國威斯康星—麥迪遜大學JamesA.Dumesic開發了從植物中獲取氫燃料的一種很經濟的催化方法。近年來，人們為了促進寄予厚望的氫經濟時代的早日到來，一直在尋找廉價的制氫方法。

Dumesic開發了一種能夠將植物中的碳水化合物直接轉化為氫的催化方法。由于該過程在較低溫度的液相下進行，與其他正在研究的方法相比，節能效果顯著。Dumesic在2002年使用鉑作為反應的催化劑，2003年改為便宜得多的鎳錫合金。處理過程的主要副產品是水和二氧化碳。雖然二氧化碳是一種溫室氣體，但由于植物在后面的能量循環中能將它們完全吸收，因此不會凈增加溫室氣體。（自ScientificAmerican,Vol.289(2003)No.5）最新研究進展據最近報道，美國威斯康星—麥迪遜大學James893.5燃料電池材料3燃料電池的市場需求與技術挑戰

世界石油儲量與快速消耗的矛盾迫使各國政府千方百計地尋求新能源和提高現有資源的利用率以確保社會的繁榮昌盛與國家的長治久安；隨著環境污染問題越來越受到重視，迫切需求新型無污染或零排放的交通運輸工具。高能量密度、便攜式的移動電源不僅在國防建設和國家安全領域需求迫切，而且在移動通訊、微型動力源等民用方面也具有廣闊的應用前景。3.5燃料電池材料3燃料電池的市場需求與技術挑戰903.5燃料電池材料然而，燃料電池的商業化仍需克服技術、經濟等方面的障礙。電池先進材料的開發制造技術、電池核心部件的制備組裝技術以及以降低造價、延長壽命、提高可靠性為目的的電池系統及其子系統，如燃料處理、氫氣儲運、水熱管理、熱電聯用、系統的監測與控制等都是制約燃料電池商業化的重要因素。就目前的技術狀況而言,燃料電池的市場需求可能來源于以下幾個方面：3.5燃料電池材料然而，燃料電913.5燃料電池材料3.1固定電站和分散式電站目前的技術挑戰是改進MCFC的關鍵材料與制備技術，隔膜是該電池的核心部件。早期的MCFC主要采用氧化鎂隔膜，由于氧化鎂在熔鹽中可微弱溶解，制備的隔膜易于破裂，現普遍采用帶鑄法制備偏鋁酸鋰電池隔膜，改善了離子電導率和抗碳酸熔鹽腐蝕，但電池關鍵材料的腐蝕等問題依然存在，電池使用壽命與商業化要求尚有很大差距。3.5燃料電池材料3.1固定電站和分散式電站923.5燃料電池材料SOFC有管型和平板型兩種結構。工作溫度約為900—1000℃。德國的SiemensWestinghousePowerCorporation已經制造和運行了多套功率為220kW的管式SO）FC電站，并形成了每年4MW的生產能力，該電池的壽命預期為10年，未來商品化的壽命預期為10—20年。加拿大的Global熱電公司的研發方向為中溫平板型SOFC，主要面向分散供電、家庭熱電聯供市場。目前該公司已經形成每年1MW的生產能力，并開始向市場提供5kW輔助電源。德國、法國、荷蘭、英國、西班牙、丹麥等多個國家也先后開展了SOFC的研究與開發。3.5燃料電池材料SOFC有管型和平板型兩種結構。工933.5燃料電池材料管型SOFC主要特點是電池組裝相對簡單，缺點是電流通過電池的路徑較長，電阻較大，限制了SOFC的性能。平板式SOFC的優點是制備工藝簡單，造價低，由于電流收集均勻，流程路徑短，其輸出功率密度高于管式。主要缺點是密封困難、抗熱循環性能較差及難以組裝成大功率電池組。值得關注的是近些年來SOFC發展趨勢是600到800℃的中、低溫電池組，工作溫度的降低，可以在很大程度上拓展電池材料的選擇范圍。

提高電池運行的穩定性和可靠性、降低電池系統的制造和運行成本、開發在氧化還原氣氛中具有足夠的穩定性、離子電導率高、與其他電池材料具有化學相容性的電解質隔膜仍然是SOFC的研究重點。3.5燃料電池材料管型SOF943.5燃料電池材料美國能源部、國防部和NASA對SOFC和MCFC兩種燃料電池的研發高度重觀，2003年美國財政年度計劃投資＄47，000，000，其中約＄11，500，000用于開發中央電站發電技術，其余的資金用于分散電站的開發．3．2交通運輸等動力電源

就目前的技術狀況而言，PEMFC在交通、運輸、低容量分散型電站等方面具有良好的市場前景，如電動車、潛艇的動力電源以及海島、礦山、醫院、商店等使用的移動電源。3.5燃料電池材料美國能源部、國防部和NASA對S953.5燃料電池材料繼加拿大Balard電力公司1993年成功地演示了PEMFC電動巴士以來，國際上著名的汽車公司對PEMFC給予了高度重視，不同類型的概念車相繼問世，如戴姆勒一克來斯勒公司的Necar1-5型，雷諾公司的Laguna型、福特公司的P2000型、馬自達公司的Demio型、豐田公司的RAV4型以及大眾、通用、尼桑公司的概念車均采用PEMFC為單一動力或混合動力，在電池系統和整車研制方面取得了可喜的成就。3.5燃料電池材料繼加拿大Bal963.5燃料電池材料

P2000型電動轎車以高壓（24．82MPa）純氫氣體為燃料，三臺Mark700型25kWPEMFC置于轎車后部行李箱底層，兩個41L的碳纖維增強的貯氫罐置于轎車后部行李箱上層，空氣過濾與增壓部分置于轎車前部，整個系統重295kg，轎車前輪驅動部分由電機、逆變器、場矢量控制組成，DC-DC轉換器，12V輔助蓄電池等部件均置于轎車前部，總重114kg，該車時速大于80km／h，從零加速至30km／h、60km/h分別為4.2s和12.3s，可與內燃機車相媲美并具有較高的能量利用效率。Necar5電動轎車以車載甲醇重整制氫為燃料，發動機功率為75kW，最高時速達152—160km／h，一次加甲醇（55加侖）可行駛640——720km。3.5燃料電池材料P2000型電動轎973.5燃料電池材料PEMFC另一個巨大的市場是潛艇動力源。核動力潛艇由于其造價高、退役時核動力設備處理較難等一系列問題不可能大量建造，而常規的柴油機和鉛酸電池為動力的潛艇工作時的噪聲、發熱以及通氣管等使得潛艇的隱蔽性與安全性受到嚴重威脅。因此，研究不依賴空氣、可在水下長時間航行，并能完成各種任務的非核動力潛艇已勢在必行。德國Semens公司已建造了四艘以300kWPEMFC為動力的混合驅動型潛艇，計劃用作德國海軍新型212型潛艇的動力電源。以PEMFC為動力的潛艇續航能力比斯特林發動機約長一倍，大大增強了潛艇的水下續航能力與作戰能力，并提高了安全性與隱蔽性.3.5燃料電池材料PEMFC另一個巨983.5燃料電池材料其他應用市場，如無纜水下機器人、家庭用分散電站、移動電源、不間斷電源等也正在積極的開發中。隨著PEMFC技術的日臻完善和成本的不斷降低，新的應用市場也必將顯露和開發出來。

從技術層面講，目前有關PEMFC關鍵材料如催化劑、電極、質子交換膜、雙極板等均取得了長足的進展，多孔電極、電池、電池組的制備組裝技術也日臻完善。目前主要的技術挑戰可能來源兩個方面，一是燃料電池普遍存在的成本較高問題，就PEMFC而言，由于電極使用的均為鉑基電催化劑，除了成本較高外還存在該貴金屬的資源有限問題；質子交換膜、雙極板等關鍵材料的成本也居高不下。二是氫源問題，現已成為PEMFC商業化的主要障礙。3.5燃料電池材料其他應用市場，如無纜水下機器人、家993.5燃料電池材料

目前解決氫源問題大體有三種技術方案，一是使用純氫氣；二是使用貯氫材料儲氫；三是重整制氫，即將汽油、甲醇等液體燃料通過重整器制取氫氣，世界許多石油公司已介入汽油重整制氫的開發，期望在不改變汽車燃料供應這一公用設施的前提下，以汽油重整制氫作燃料電池電動車的氫源，包括車