2012-2013-新能源材料复习

1一、名词解释1、二次电池2、薄膜太阳能电池3、燃料电池4、核能5、新能源6、储能技术7、热核反应8、碱性蓄电池9、新能源材料10、生物质能11、地热能二、基本知识1、可再生能源包括太阳能、风能、地热能、海洋能、生物质能、氢能和水能等。2、相变储能材料的热物性主要包括：热导率、比热容、热膨胀系数、相变潜热、相变温度。3、锂离子电池正极材料氧化物类主要有：钴酸锂（LiCoO2）、镍酸锂（LiNiO2）、锰酸锂（LiMn2O4）、钒酸锂（Li3V2O5）、三元氧化物材料等。4、锂离子电池负极材料主要有：中间相微珠碳（MCMB）、石墨化碳、碳纤维、碳纳米管、金属合金、硅基材料等。5、硅是目前太阳能电池的主要材料之一，按照其微观结构的不同，用于太阳能电池的硅分为单晶硅、多晶硅和非晶硅。6、黄铜矿基太阳能电池材料主要有：CuInSe2、CuGaSe2、Cu(In,Ga)Se2、CuInS2等。7、核能利用是人类高效率利用核能，使核燃料在受控条件下发生核反应，按照反应方式可分为：核裂变与核聚变。8、氢能是对环境无害的绿色能源，获取氢的原料是水，资源丰富，氢使用后产物是纯水或水蒸汽，故此氢是完全可再生的燃料。氢能源系统的技术关键是氢的制造、储存、运输和利用技术。9、质子交换膜燃料电池（PEMFC）的双极板材料大致可分为碳（石墨）材料、金属材料和复合材料。10、透明导电薄膜玻璃是在玻璃基底上通过物理或者化学方法制作的透明导电氧化物薄膜，主要包括In2O3,SnO2,ZnO,CdO氧化物及其复合多元氧化物薄膜材料，例如In2O3：Sn(ITO),ZnO:In(IZO),ZnO:Ga(GZO),ZnO:Al(AZO)。211、镍氢电池的正极材料—球形Ni(OH)2的制备方法主要有三种：化学沉淀结晶法；镍粉高压催化氧化法；金属镍电解沉淀法。12、镍氢电池的负极材料—储氢合金按照组成配比（或晶型）可以分为AB5、AB2、AB、A2B型四种。13、碱性电池的种类：铁镍电池；镉镍电池；镍氢电池；锌银电池。14、风力发电机的主要部件有：风机叶片、发电机、齿轮箱、控制器、变流器、偏航系统。15、高质量复合材料风力发电机叶片往往采RIM、RTM、缠绕及预浸料/热压工艺制造。16、风力发电机的塔架和结构件包括：轮毂、主轴、塔架立柱、机舱底坐、法兰盘等。17、按照储存状态下能量的形态，可以分为机械储能、化学储能、蓄电、风能储存、水能储存、蓄热等。18、能源材料即能源工业及能源利用技术所需的材料，可以分为：新能源材料、储能材料、节能材料。19、风力发电机是三相交流电型发电机，三相交流电发电机又分为异步发电机和同步发电机。20、锂离子电池负极碳材料的改性主要有以下几个方面：非金属的引入、金属的引入、表面处理和其他方法。三、简答题1、简述相变储能材料的种类，复合相变储热材料的制备方法主要有哪几种？2、锂离子二次电池的特点与应用领域有哪些？3、热中子反应堆有几个组成部分？其中的主要材料是什么？4、直接甲醇燃料电池（DMFC）与质子交换膜燃料电池（PEMFC）相比，催化剂材料有何不同？5、太阳能电池组件生产流程即太阳能电池封装线，是太阳能电池生产中的关键3步骤，说明太阳能电池组件生产流程。6、镍氢电池有哪几部分组成？其主要优点有哪些？7、风力发电机的叶片材料主要有哪些？8、气流动能为，其中m为空气质量，v为气流速度。密度为ρ的气流过面积S的气体体积为V，M=ρV=ρSv，则单位时间内气流所具有的动能为根据理想风轮与贝兹（Betz）理论推导风力机的理论最大效率。四、问答题1、说明二次锂离子电池的充放电原理，以钴酸锂（LiCoO2）为正极材料，碳为负极材料，写出正极反应、负极反应与总电池反应的化学式。2、阐述以硅砂为原料制备单晶硅片的工艺技术路线以及工艺过程。3、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)是一种高温燃料电池(工作温度为600℃～700℃)，与其他类型的燃料电池相比其电化学反应及电池组成材料均有所不同，说明此燃料电池的电化学反应以及电池的阳极、阴极、隔膜与电介质材料。4、风力发电机的叶片的制造方法之一—RTM（ResinTransferMolding）即树脂传递模塑成型工艺，叙述RTM方法制备风机叶片的工艺关键步骤与特点。5、风力发电机的叶片的制造方法之一—RIM（ResinInfusionMolding）即真空树脂灌注成型工艺，叙述RIM方法制备风机叶片的工艺关键步骤与特点。一、名词解释1、二次电池：又称充电电池或蓄电池，在放电后经充电可使电池中的活性物质获得重生，恢复工作能力，可多次重复使用的电池。2、薄膜太阳能电池：将一层或者几层不同成分的薄膜沉积到一个衬底上，并且具有光伏效应的半导体器件。3、燃料电池：燃料电池是一种能够持续的通过发生在阳极和阴极的氧化还原反应将化学能转化为电能的能量转换装置。4、核能：质子和中子依靠强大的核力紧密地结合在一起，一旦原子核发生分裂221mvE321SvE4（核裂变）或聚合（核聚变），就可能释放出惊人的能量，这就是核能。5、新能源：相对于常规能源而言，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的能源，例如太阳能、风能、海洋能、生物质能等。6、储能技术：为有效地利用能源，采取储存和释放能量的人为过程和技术手段成为储能技术。7、热核反应：核聚变反应要在数千万度高温（超高温）和超高压条件下才能进行，单位质量所释放出来的能量一般为核裂变反应的4倍以上，通常又称这种核聚变反应为热核反应。8、碱性蓄电池：以KOH、NaOH水溶液作为电解质的蓄电池统称为碱性蓄电池。9、新能源材料：是实现新能源的转化和利用以及发展新能源技术所用到的关键材料，包括新能源技术材料、能量转换与储能材料、节能材料等。10、生物质能：是指利用生物体本身来产生能量，具体指将植物转化为乙醇、氢气、生物柴油以及其他生物化学材料。三、简答题1、简述相变储能材料的种类，复合相变储热材料的制备方法主要有哪几种？答案：相变储能材料的种类很多，主要分为无机类、有机类、混合类（或复合类）。复合相变储热材料（PCM）的制备方法有：（1）胶囊化技术；（2）利用毛细管技术将相变材料吸附到多孔基质中去；（3）与高分子材料复合制备PCM；（4）湿化学法制备无机、有机纳米复合PCM。2、锂离子二次电池的特点与应用领域有哪些？答案：锂离子二次电池的特点是工作电压高，重量和体积比能量高，循环寿命长，自放电少，无记忆效应，安全性高，与环境友好（绿色能源）。锂离子二次电池广泛应用于移动电话、笔记本电脑、数码相机、电动自行车、卫星、导弹、鱼雷等。3、热中子反应堆有几个组成部分？其中的主要材料是什么？答案：热中子反应堆有核燃料、减速剂、冷却剂可控制材料四个主要部分组成。5①核燃料一般有放射性元素钍（钍232）、钚（钚239）和铀（铀233铀235铀238）三种。②慢化剂（减速剂）除了快速增殖反应堆外，其他热中子反应堆都需要减速剂，用作减速剂的材料主要有轻水、重水、铍和石墨4种。③冷却剂冷却剂可以是液体也可以是气体，在热中子堆中最常用的是轻水、重水、氦和二氧化碳；在快中子堆中用液态钠作为冷却剂。④控制材料一般地控制材料使用高热中子吸收截面的棒状（控制棒），从材料上讲有硼、镉、B4C、银-铟-镉合金。4、直接甲醇燃料电池（DMFC）与质子交换膜燃料电池（PEMFC）相比，催化剂材料有何不同？答案：质子交换膜燃料电池使用甲醇为燃料时称为甲醇燃料电池，甲醇和水通过阳极扩散层到达阳极催化剂层，发生电化学氧化反应，生成二氧化碳、质子及电子。甲醇分子氧化成二氧化碳并不是一步完成的，而是经过经过中间产物甲醛、甲酸、一氧化碳。铂催化剂对CO具有很强的吸附力，紧紧吸附在铂上的CO会大大降低它的催化活性，造成电池性能恶化（称为催化剂中毒）。故直接甲醇燃料电池阳极点催化剂一般采用二元或多元催化剂，例如，Pt-Ru二元合金，Pt-Ru/C复合催化剂，以及Pt-Ru-W、Pt-Ru-Mo/C三元合金催化剂。5、太阳能电池组件生产流程即太阳能电池封装线，是太阳能电池生产中的关键步骤，说明太阳能电池组件生产流程。答案：1、电池检测(分片)——2、正面焊接—检验—3、背面串接—检验—4、叠层（玻璃清洗、材料（TPT、EVA）检验、玻璃预处理、敷设）——5、中道检验（过程检验）——6、层压（去毛边）——7、装边框（涂胶、装角键、冲孔、装框、擦洗余胶）——8、焊接接线盒——9、高压测试——10、组件测试—11、外观检验—12、包装入库6、镍氢电池有哪几部分组成？其主要优点有哪些？答案：镍氢电池有圆柱形、方形和扣式三种电池结构形式，不论哪种外形的电池均由外壳、正极片、负极片、正负极极耳（导电带）、密封圈、放气帽（正极）和隔膜等组成。镍氢电池的优点：(a)能量密度高；(b)无镉污染，是绿色电池；(c)可以6大电流快速充放电；（d)Ni／MH电池的工作电压也是1.2V，与Ni／Cd电池具有互换性等独特优势。7、风力发电机的叶片材料主要有哪些？答案：风力发电机叶片基本上是由纤维增强树脂基复合材料制造，基体树脂有聚酯树脂、乙烯基树脂和环氧树脂等热固性基体树脂，增强材料有E－玻璃纤维、S－玻璃纤维、碳纤维等增强纤维。目前最普遍采用的是玻璃纤维增强聚酯树脂、玻璃纤维增强环氧树脂、碳纤维增强环氧树脂和玻璃纤维/碳纤维混杂增强环氧树脂，尤其是在翼缘等对材料强度和刚度要求较高的部位，则使用碳纤维作为增强材料。8、气流动能为，其中m为空气质量，v为气流速度。密度为ρ的气流过面积S的气体体积为V，M=ρV=ρSv，则单位时间内气流所具有的动能为根据理想风轮与贝兹（Betz）理论推导风力机的理论最大效率。答案：根据贝兹（Betz）理论前后空气体积相等：S1v1=Sv=S2v2根据牛顿第二定律，单位时间内风轮上的受力F=mv1-mv2=ρSv(v1-v2)风轮吸收的功率P=Fv=ρSv2(v1-v2)风轮吸收的功率又等于风轮前后动能（单位时间）的变化：令两式相等，得经过风轮风速变化产生的功率为其最大功率可令得，代入后得到的最大理想功率为：与气流扫掠面积风的能量相比，可得风力机的理论最大效率：321SvE)(212221vvSvE221vvv))((41212221vvvvSP1231vv02dvdP31max278SvP593.02716maxmaxEP221mvE7四、问答题1、说明二次锂离子电池的充放电原理，以钴酸锂（LiCoO2）为正极材料，碳为负极材料，写出正极反应、负极反应与总电池反应的化学式。答案：锂离子电池由正电极、负电极、电解质、隔膜和外部控制电路组成。在充电时锂离子从正极中脱嵌，通过电解质和隔膜，嵌入到负极中。在放电时锂离子由负极中脱嵌，通过电解质和隔膜，重新嵌入到正极中。正极材料是典型的过渡金属氧化物，例如，尖晶石结构如：LiMn2O4，层状结构有：LiCoO2。在充放电反应过程中，随着锂离子的嵌入\脱出可逆性好，伴随反应的体积变化小，锂离子扩散速度快，以便获得良好的循环特性和大电流特性。负极材料主要是碳材料，例如石墨电极，因为石墨导电性好，结晶度较高，具有良好的层状结构，适合锂的嵌入\脱出锂在碳中的嵌入、脱嵌反应快，即锂离子在固相的扩散系数大，碳负极材料体积变化小。正、负极反应与总电池反应如下：正极反应：LiCoO2→CoO2+Li++e-负极反应：Li++e-+C6→LiC6电池反应：LiCoO2+C6→CoO2+LiC62、阐述以硅砂为原料制备单晶硅锭的工艺技术路线以及工艺过程。答案：（１）、砂子还原成治金级硅（２）、治金级硅提纯为半导体级硅（３）、半导体级硅转变为硅片3、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)是一种高温燃料电池(工作温度为600℃～700℃)，与其他类型的燃料电池相比其电化学反应及电池组成材料均有所不同，说明此燃料电池的电化学反应以及电池的阳极、阴极、隔膜与电介质材料。答案：熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)的电化学反应如下：阴极反应：O2+2CO2+4e-→2CO32-8阳极