儲能材料的現(xiàn)在和未來演示文稿

儲能材料的現(xiàn)在和未來演示文稿當前第1頁\共有54頁\編于星期二\17點儲能材料的現(xiàn)在和未來當前第2頁\共有54頁\編于星期二\17點第二章儲能材料簡介2.1能量儲存的基本原理能量轉化及守恒原理是自然界的一個普遍規(guī)律——在自然界的各種變化中，能量既不會無中生有，也不會自行消滅，只會從一種形式轉化為另一種形式，而轉化時總能量是恒定的。

例如，力學中的動能與勢能互相轉化，電化學中在電池里發(fā)生的電能與化學能互相轉化、盡皆守恒當前第3頁\共有54頁\編于星期二\17點能量轉換

是指能量從一種形式轉化為另一種形式或是從一個物體轉移到另一個物體。當前第4頁\共有54頁\編于星期二\17點能量的形式可以用不同的方法來描述。聲能主要是分子前后有規(guī)律的運動；熱能是分子的無規(guī)則運動；重力能產生于分隔物體的相互吸引……盡管各種能量的表現(xiàn)形式大不相同，但是，每種能量都能采用一種方法來測量，這樣就能夠搞清楚，有多少能量由一種形式轉化為另一種形式。不論什么時候，一個地方或一種形式的能量減少了，另一個地方或另一種形式就會增加同樣數(shù)量的能量。在一個系統(tǒng)中不論發(fā)生漸變還是驟變，只要沒有能量進入或者離開這個系統(tǒng)，那么系統(tǒng)內部各種能量立和將不發(fā)生變化。當前第5頁\共有54頁\編于星期二\17點電能轉化熱能電能轉化熱能一般通過熱電阻或熱輻射，例如家用的電熱爐，是在熱阻絲內通過大量電流使熱阻絲產生大量熱能，通過熱輻射傳導給周圍環(huán)境。也可以通過微波裝置，使電能轉化成微波，通過直接的熱輻射轉為熱能熱能轉化電能至今為止，人類還沒想出很有效率的方法可以讓熱能直接轉化為電能，似乎人類只發(fā)明了電能和機械能轉化的裝置，所以，如果想任何形式能量轉換為電能，必須先轉換為機械能。但是，有的物質如陶瓷等，在溫度變化時可以產生電勢差，進而產生微弱電能，但無法用于發(fā)電。當前第6頁\共有54頁\編于星期二\17點碳纖維電暖器是近幾年研制的高科技供暖產品，它即將引領家庭供暖的一場革命，也將成為供暖領域的新突破溫度升上去，費用降下來。碳纖維電暖器獨特的制作方法：碳纖維電暖器材料是采用了應用在航天航空等高科技領域中應用的碳纖維材料，添加遠紅外線發(fā)射劑以特殊的工藝在高溫高壓等狀態(tài)下復合而成的發(fā)熱元件，是一種低功率、高效率、大面積輻射供暖的高新技術產品。碳纖維電暖器發(fā)熱原理：碳纖維與其他傳統(tǒng)的電阻電熱材料相比有著獨特的電熱性能。其發(fā)熱原理是：在電引發(fā)激勵的條件下基本粒子在熱組件中作高速運動，在其不規(guī)則導體面上產生“晶格震動”撞擊和摩擦產生熱能、穿透介質、釋放能量。當前第7頁\共有54頁\編于星期二\17點機械能轉化電能通過切割電磁圈的磁感線，可以使機械能轉化為電能。在電機中，機械能和電能可以互逆轉換。光能轉化電能可以通過光電效應使光照射在金屬表面而輻射出電子，通過這種方法，人類設計了太陽能板，太陽能板是通過陽光照射硅晶體的PN結產生空穴電壓產生電能的，光能轉化電能是相對比較有效的轉換方式，并且隨著不可再生能源的枯竭，人類越來越重視可再生清潔能源的應用，光能就是最受關注的清潔能源之一。當前第8頁\共有54頁\編于星期二\17點發(fā)電機（英文名稱：Generators）是將其他形式的能源轉換成電能的機械設備，它由水輪機、汽輪機、柴油機或其他動力機械驅動，將水流，氣流，燃料燃燒或原子核裂變產生的能量轉化為機械能傳給發(fā)電機，再由發(fā)電機轉換為電能。發(fā)電機在工農業(yè)生產、國防、科技及日常生活中有廣泛的用途。1831年10月28日法拉第發(fā)明了圓盤發(fā)電機MichaelFaraday，1791年9月22日～1867年8月25日）英國物理學家、化學家，也是著名的自學成才的科學家當前第9頁\共有54頁\編于星期二\17點化學能轉化電能通過化學反應使得正電子和負電子分別在陽極和陰極匯聚，其實這也是電池的放電過程。電能轉化機械能借助電磁感應效應，人類設計了電機，可以使電能輕松轉化為機械能。在電機中，電能和機械能可以互逆轉換。當前第10頁\共有54頁\編于星期二\17點電動機（Motors）是把電能轉換成機械能的一種設備。它是利用通電線圈（也就是定子繞組）產生旋轉磁場并作用于轉子（如鼠籠式閉合鋁框）形成磁電動力旋轉扭矩。電動機主要由定子與轉子組成，通電導線在磁場中受力運動的方向跟電流方向和磁感線（磁場方向）方向有關。電動機工作原理是磁場對電流受力的作用，使電動機轉動。

當前第11頁\共有54頁\編于星期二\17點化學能轉化熱能通過可燃物的燃燒，伴隨著光能的同時也產生大量熱能。熱能轉化機械能至今人類想到的最好方法，只有通過加熱水進而通過水蒸氣驅動機械做功，自從瓦特發(fā)明蒸汽機以來，人類一直沿用這個方法進行轉換。當前第12頁\共有54頁\編于星期二\17點JamesWatt1776年制造出第一臺有實用價值的蒸汽機當前第13頁\共有54頁\編于星期二\17點機械能轉化熱能機械做功摩擦可以產生熱能，但一般效率不高，而且在實際應用中無法通過這樣的轉化大量提供熱能，只作為機械能的能量損耗而已。光能轉化熱能光能在照射到物體時，自然就會伴隨熱能的傳導，但不同波段的光波導熱能力不同。當前第14頁\共有54頁\編于星期二\17點光能轉化機械能太陽帆，太陽能電池板光能轉化化學能植物吸收太陽光進行光合作用光化學反應，光催化反應當前第15頁\共有54頁\編于星期二\17點太陽帆（英文名：Solarsails），利用太陽光的光壓進行宇宙航行的一種航天器。由于這種推力很小，所以航天器不能從地面起飛，但在沒有空氣阻力存在的太空，這種小小的推力仍然能為有足夠帆面面積的太陽帆提供10－5～10－3g左右的加速度。宇宙一號當前第16頁\共有54頁\編于星期二\17點光觸媒PHOTOCATALYSIS是光Photo=Light+觸媒（催化劑）catalyst的合成詞。光觸媒是一種在光的照射下，自身不起變化，卻可以促進化學反應的物質，光觸媒是利用自然界存在的光能轉換成為化學反應所需的能量，來產生催化作用當前第17頁\共有54頁\編于星期二\17點光觸媒于1967年被當時還是東京大學研究生的藤島昭教授發(fā)現(xiàn)。在一次試驗中對放入水中的氧化鈦單結晶進行了光線照射，結果發(fā)現(xiàn)水被分解成了氧和氫。這一效果作為“本多·藤島效果（Honda-FujishimaEffect）而聞名。由于是借助光的力量促進氧化分解反應，因此后來將這一現(xiàn)象中的氧化鈦稱作光觸媒。這種現(xiàn)象相當于將光能轉變?yōu)榛瘜W能，以當時正值石油危機的背景，世人對尋找新能源的期待甚為殷切，因此這一技術作為從水中提取氫的劃時代方法受到了矚目。光催化水產氫實驗系統(tǒng)當前第18頁\共有54頁\編于星期二\17點

納米材料由晶粒1~100nm大小的粒子所組成。粒徑極為微細，具有極大的比表面積，且隨著粒徑的減少，表面原子百分比提高。在表面上由于大量原子配位的不完全而引起高表面能的現(xiàn)象。表面能量占全能量的比例大幅提高，使納米材料具吸附、光吸收、熔點變化等特性。納米二氧化鈦光觸媒是一種在光的照射下，自身不起變化，卻可以促進化學反應的物質，就象植物的光合作用中的葉綠素。二氧化鈦光觸媒在太陽光或室內熒光燈的照射下能產生抗菌、除臭、油污分解、防霉防藻、空氣凈化的作用。當前第19頁\共有54頁\編于星期二\17點當前第20頁\共有54頁\編于星期二\17點第二章儲能材料簡介2.2熱力學第二定律熱力學第二定律（secondlawofthermodynamics），熱力學基本定律之一，其表述為：不可能把熱從低溫物體傳到高溫物體而不產生其他影響，或不可能從單一熱源取熱使之完全轉換為有用的功而不產生其他影響，或不可逆熱力過程中熵的微增量總是大于零。又稱“熵增定律”，表明了在自然過程中，一個孤立系統(tǒng)的總混亂度（即“熵”）不會減小。當前第21頁\共有54頁\編于星期二\17點克勞修斯表述不可能把熱量從低溫物體傳向高溫物體而不引起其它變化。開爾文表述不可能制成一種循環(huán)動作的熱機，從單一熱源取熱，使之完全變?yōu)楣Χ灰鹌渌兓?。熵表述隨時間進行，一個孤立體系中的熵總是不會減少。微觀意義：一切自然過程總是沿著分子熱運動的無序性增大的方向進行。再好的儲能材料，儲能設備，也不可能違背熱力學定律。當前第22頁\共有54頁\編于星期二\17點儲能溫室greenhouse.avi當前第23頁\共有54頁\編于星期二\17點第二章儲能材料簡介2.3未來的世界取決于儲能材料的發(fā)展

儲能的內涵儲能即儲存能源，這個能源可以是熱能、電磁能、機械能、化學能等，人類已找到了可儲存這些能量的材料。儲熱能比如用熔融鹽，儲電磁能比如用電容器或超導體，儲機械能比如用飛輪或抽水蓄能電站，儲化學能比如常見的各種電池。儲存光能、核能也是儲能的一種，但人類還沒有找到可人工儲存這兩種能量形式的材料。當前第24頁\共有54頁\編于星期二\17點

能量密度這個指標是一把雙刃劍，指單位體積或質量的物體所能儲存的能量。能量密度太低，表示這種儲能材料不經濟——要很大或很重的物體才能儲存夠多的能量;能量密度太高，表示這種儲能材料不安全——在有限空間或質量的物體內儲存巨大能量，這個物體就是炸彈，比如小巧的核彈頭內儲存著大量的核能，釋放能量時產生巨大破壞力。儲能的動力圍繞這個指標，人類一直在尋求平衡，希望能夠找到一種安全且能量密度高的儲能材料。當前第25頁\共有54頁\編于星期二\17點

很幸運，人類很早就發(fā)現(xiàn)了適合的儲能材料——煤炭、石油、天然氣。這是地球給人類的饋贈，經過了數(shù)億年的光合作用和地質運動，地球將能量密度低的太陽能，儲存到了這些能量密度高且利用相對安全的化石能源中。人類也因此進入了現(xiàn)代文明。不過地球母親的饋贈畢竟是有限的，人類使用化石能源的速度遠遠超過地球能承受的限度，人類只好再另覓能源。當前第26頁\共有54頁\編于星期二\17點

太陽能，以及由太陽能所產生的風能、海洋能(潮汐能不是來源于太陽能)、生物質能，步入人們的視野。只不過人類沒有足夠的智慧和足夠的時間，讓這些能源也變成化石能源一樣的高密度能源，大部分是通過發(fā)電，直接并迅速地利用了這些能源。但這些能源最大的問題是時有時無的間歇性和時大時小的波動性，并且還很難預測，這使得一直想認識世界改造世界的人類非常懊惱。當前第27頁\共有54頁\編于星期二\17點

在用能需求不變的前提下，有兩種辦法解決問題：

1、把一個地方多余的能量運到另一個需要能量的地方去。目前把1度電送去別處的成本約1至5角錢(依靠電網)

2、把多余的能量儲存起來，等需要的時候再用。把1度電儲存起來在釋放出來的成本超過1元錢，有些儲能方式成本遠超1元錢（壽限于儲能裝備和儲能材料）當前第28頁\共有54頁\編于星期二\17點

以鋰電池為例說明儲能成本目前1kWh的鋰電池成本超過2000元，而循環(huán)壽命約2000次，在不考慮放電深度和容量衰減的條件下，充放1kWh電能的成本是1元錢。當前第29頁\共有54頁\編于星期二\17點當前第30頁\共有54頁\編于星期二\17點當前第31頁\共有54頁\編于星期二\17點

輸電所用的材料基本上是銅鋁鋼，也有一部分陶瓷和半導體材料，都比較好獲得，資源量也豐富。而儲能所需原材料多種多樣：化學儲能要各種各樣的金屬和非金屬材料，有些還有污染;電磁儲能要超導材料或者電容器中的電介質材料;熱儲能要各種高溫化學熱工質;機械儲能對原材料要求不高，但也有特殊要求，比如抽水蓄能要選址上下都有水庫的山，壓縮空氣儲能需要一個大洞，飛輪儲能需要磁懸浮材料等等。對比來看，儲能真是條很艱辛的路。當前第32頁\共有54頁\編于星期二\17點儲能的未來----儲能可以更好的應用在兩個方面：1、不規(guī)律移動的用能系統(tǒng)。最典型的是電動汽車。2、需要快速儲能或用能的領域。最典型的是電力系統(tǒng)調峰。當前第33頁\共有54頁\編于星期二\17點

規(guī)律的移動用能系統(tǒng)，比如火車，是可以做電氣化改造的，沿線敷設輸電線路的成本還可以接受。全國首條儲能式無軌電車示范線年內在鄞州通車使用了超級電容儲器的無軌電車一靠站，利用乘客上下車的時間便可充電，解決了傳統(tǒng)電車充電慢的缺點。儲能式無軌電車與有軌和其他無軌電車相比，全程不設架空網、視覺景觀效果好，有利于凈化城市空間，無論是對提升城市交通運力、提倡節(jié)能環(huán)保，還是促進產業(yè)發(fā)展都具有重要意義。當前第34頁\共有54頁\編于星期二\17點電動汽車-特斯拉：美國的著名純電動車制造商眾泰電動汽車：產地中國浙江當前第35頁\共有54頁\編于星期二\17點國內的技術真的很差勁嗎？當所有人都在稱贊國外的技術有多牛多牛的時候，有沒有人會回過頭來看看國內，是不是也有一些技術不錯的企業(yè)嶄露頭角？“技術為戰(zhàn)略服務，其次才為產品服務，一個產品錯了沒關系，但戰(zhàn)略錯誤了就很難挽回。中國企業(yè)的技術其實并不差，只不過過去我們落后太久了，現(xiàn)在沒人相信我們能找到外國人前面去。傳統(tǒng)的車或巴士(燃油)可以國際采購零件回來進行組裝，但是要做電動大巴(靠國際采購)是不可能做到的。比亞迪光在電池這一塊的研發(fā)就有一千多人，這數(shù)量上是全球規(guī)模最大的，同類的日本電池廠商也只有三百到四百的研發(fā)人員?！盉YD“七加四戰(zhàn)略”抗衡牛掰Tesla當前第36頁\共有54頁\編于星期二\17點儲能設備可以發(fā)揮自身充放電速度快的優(yōu)勢，幫助電力系統(tǒng)調節(jié)功率平衡，并在輔助服務市場中盈利。

例如現(xiàn)在的抽水蓄能電站，就是用來快速調節(jié)功率平衡的。目前有些用戶安裝了儲能設施，并利用峰谷電價差盈利當前第37頁\共有54頁\編于星期二\17點生活小貼士：杭州峰谷電的時間是怎么分配的？峰電:8:00到22:00谷電:22:00到8:00根據(jù)現(xiàn)行的《浙江省電網銷售電價表》，居民生活用電峰谷電價為：月用電量50千瓦時及以下部分：高峰電價0.568元/千瓦時，低谷電價0.288元/千瓦時。月用電量51-200千瓦時部分：高峰電價0.598元/千瓦時，低谷電價0.318元/千瓦時。月用電量201千瓦時及以上部分：高峰電價0.668元/千瓦時，低谷電價0.388元/千瓦時。當前第38頁\共有54頁\編于星期二\17點新型LED燈斷電可照明3小時:自動轉換電池供電

當前第39頁\共有54頁\編于星期二\17點新浪科技訊北京時間11月1日消息，據(jù)國外媒體報道，很多地方電力不足，經常停電。但一家公司找到一個解決方案，發(fā)明一種新燈泡。在停電的一段時間內，它僅需一個電池就可維持發(fā)光，讓你看清周圍環(huán)境。

停電時，它會自動轉換到電池供電模式，其發(fā)光時間最長可達3小時。期間，你可以等待電力恢復。該產品叫iViTiOn，使用了威爾士奈頓市Litonics有限責任公司發(fā)明的技術。這家公司的網站說：“iViTiOn的自動轉換只有一個目的，就是確保用戶在停電時不會摸黑?！碑斍暗?0頁\共有54頁\編于星期二\17點在停電、自動切換到電池模式前，該產品的使用類似于現(xiàn)有的電燈泡。這意味著它在電力恢復前可獨立發(fā)光最長3小時。另外，它還可以區(qū)分停電和有人關掉電源開關，所以人們可根據(jù)需要將iViTiOn關掉。

600毫安時的電池在有電時自動充電，而且燈泡正常發(fā)光。無需添加線路，這個電池就可直接安裝到現(xiàn)有的普通燈泡中。與此同時，它還十分環(huán)保，只消耗8瓦電力，但其亮度相當于一個60瓦的燈泡。新型LED燈的流明值是850，后者只有800。當前第41頁\共有54頁\編于星期二\17點

或許有一天，儲能的成本下降到比電網互聯(lián)還要低，并且儲能材料可以大量獲得不受資源約束，屆時儲能將會大規(guī)模的應用，能源輸送體系將有巨大的變革，那時將是一場真正的能源革命!當前第42頁\共有54頁\編于星期二\17點

石墨烯常常被稱為“奇跡材料”，它是由單層碳原子按照六邊形組合方式排布形成的結構。其強度是鋼的200倍，導電性比硅好30倍，從而使其成為生產電池，計算機芯片以及其他高強度合成物的理想材料，可廣泛應用于各種領域，從防彈衣到汽車材料

當前第43頁\共有54頁\編于星期二\17點第一款3D打印的石墨烯電池產品

據(jù)福布斯雜志網站報道，近日，一家由一對夫婦創(chuàng)建的公司開發(fā)出世界上第一款3D打印的石墨烯電池產品。它可能將會標志著一個時代的來臨：普通消費者將首次可以再自己家里制造電池。這家公司名叫“石墨烯3D實驗室”，位于紐約州Calverton。他們已經花費超過5年時間致力于開發(fā)一種合適的材料，可以用于制造電池，使其外形大小都可以借助3D打印來實現(xiàn)。盡管這項專利未決的技術還只不過處于原型階段，但利用它得到的電池產能效率已經可以與一般的AA電池相提并論。當前第44頁\共有54頁\編于星期二\17點煙屁股可再利用科學家用濾嘴制造儲能材料當前第45頁\共有54頁\編于星期二\17點

最近，來自韓國的科研人員將二手煙蒂轉為一種高性能材料，可以用于制造電腦、手提設備、電動汽車、風機等來儲能。該科研成果發(fā)表在8月5日的《納米技術》上，科研人員在論文中把該材料與目前商用的碳、石墨烯和碳納米管進行對比，證明這種材料的性能更好?？蒲腥藛T希望這種材料可以用于包覆超級電容器的電極。此外，這種方法還解決了二手香煙過濾嘴導致的環(huán)境問題。當前第46頁\共有54頁\編于星期二\17點據(jù)估計，每年全球被丟棄的二手煙蒂高達5萬6千億噸。論文聯(lián)席作者—首爾國立大學JongheopYi教授說：“我們的實驗證明，通過一個簡單的工藝將二手煙蒂轉成高性能的碳材料，在滿足社會對能源需求的同時也解決了環(huán)境問題。世界上很多國家都針對有毒或者不可降解的煙蒂出臺非常嚴格的法律法規(guī)，以求達到環(huán)保的目的。我們的方法只是實現(xiàn)環(huán)保目標的一種。”當前第47頁\共有54頁\編于星期二\17點科研人員在論文中指出，構成煙蒂的醋酸纖維素纖維可以通過一步簡單的燃燒工藝—裂解，轉成碳材料。當前第48頁\共有54頁\編于星期二\17點制作完成后，碳材料會被放到電極上并在三電極系統(tǒng)中測試，檢測這種材料吸附（充電）和釋放電子（放電）的能力和時間。當前第49頁\共有54頁\編于星期二\17點通過該方法得到的碳材料含有大量的微孔，提升了其作