Mis on uued energiamaterjalid ja -seadmed?

Nn uusenergia viitab suuremahuliselt kasutamata ning aktiivse uurimis- ja arendustegevuses olevale energiale, mis erineb tavapärasest energiast nagu kivisüsi, nafta, maagaas ning suured ja keskmised hüdroenergiad. Näiteks päikeseenergia, tuuleenergia, kaasaegne biomassienergia, geotermiline energia, ookeanienergia ja vesinikuenergia on kõik uued energiaallikad. Uued energiamaterjalid on peamised materjalid, mida kasutatakse nende uute energiaallikate ümberkujundamise ja kasutamise ning uute energiatehnoloogiate väljatöötamise protsessis.

Praegu on rohkem uuritud ja suhteliselt küpsed uued energiamaterjalid peamiselt päikesepatareide materjalid, jõupatareide materjalid, kütuseelementide materjalid, biomassi energiamaterjalid, tuuleenergia materjalid, superkondensaatorid, tuumaenergia materjalid jne.

Uute energiamaterjalide ja seadmete põhivaldkonnaks on võtmematerjalide ja seadmete projekteerimise ja tootmise ning uue energia muundamise ja kasutamise uurimis- ja arendustöö. See eriala on üks esimesi 2010. aastal Haridusministeeriumi poolt lisatud riiklikult strateegiliselt arenevate tööstusharudega seotud erialasid ning see on üks nooremaid erialasid inseneriteaduse materjalikategoorias.

Professor Li Meicheng ütles, et uute energiamaterjalide ja -seadmete peamise tähendus seisneb uute energiamaterjalide ja -seadmete integreerimises. Erinevalt traditsioonilistest materjalidest, nagu legeermaterjalid, ei ole uued energiamaterjalid lihtsad materjalid, vaid neil on struktuursed ja funktsionaalsed omadused. Näiteks päikesepaneelide põhimaterjal ei ole lihtne räni, vaid selleks, et moodustada teatud struktuur (näiteks PN-ristmik) ja see võib saavutada fotoelektrilise muundamise funktsiooni. Seetõttu ei ole uute energiamaterjalide ja -seadmete uurimine ainult materjalide või komponentide uurimine, vaid nende kahe ühendamine. Teisisõnu, suur keskendub sellele, kuidas murda läbi rikkepiirid uute energiamaterjalide ja seadmete vahel.

Võtkem näiteks elektriautod, kus akutehnoloogia areneb kiiresti. Näiteks liitiumtitanaat-negatiivse aku eelised on kiire laadimise jõudlus, pikk kasutusiga, kõrge ohutus jne, puuduseks on madal energiatihedus, kõrge hind, sobib kasutamiseks bussis. Hiljuti on süsiniknegatiivne kiirlaadimisaku aga teinud kiireid edusamme ning eeldatakse, et selle kõrge energiatihedus ja madal hind asendavad liitiumtitanaadi negatiivse aku. Ükskõik milline aku on, selle materjalid ja seadmed on lahutamatud ning lõplikust materjalist tuleb teha aku. Loomulikult on see vaid väike osa uute energiamaterjalide ja -seadmete uurimisvaldkonnast.

Millised on uute energiamaterjalide ja -seadmete uurimisvaldkonnad?

Professor Li Meicheng ütles, et praegused aktiivsed uute energiamaterjalide ja -seadmete uurimisvaldkonnad on järgmised:

Esiteks energia muundamise protsess. Näiteks valgusenergiast elektriks, valgusenergiast soojuseks, valgusenergiast keemiliseks energiaks, tuuleenergiast elektriks, biomassi energiast elektriks jne. Näiteks päikesepatareid muudavad valguse energia elektriks ja kunstlik fotosüntees muudab valguse energia keemiliseks energiaks.

Teiseks energia kogumine ja salvestamine. Novembris 2016 juhatas peaminister Li Keqiang riikliku energiakomisjoni koosolekut, kus arutati ja kiideti heaks 13. viieaastane energeetika arengukava. Li soovitas keskenduda taastuvenergia arendamisele ja kasutamisele, eriti uuele energiale võrgutehnoloogiale ja energia salvestamisele, mikrovõrgutehnoloogia läbimurdele, terviklikule konstruktsioonile "Internet +" tarkuse energiale, parandada toitesüsteemi kohandamisvõimet, suurendada uut energiat. , arendada kõrgtõhusat ja energiasäästlikku tehnoloogiat ning energiakonkurentsi, mis on teaduse ja tehnoloogia tipptasemel. 2016. aastal kiitis riiklik energiaamet esmakordselt heaks riikliku suuremahulise keemilise energia salvestamise näidisprojekti ehitamise üleriigiliselt ning esitas ka konkreetsed innovatsioonieesmärgid suure võimsusega ultrakondensaatorite energiasalvestustehnoloogia jaoks. Energia salvestamise tehnoloogia on järgmise viie aasta üks peamisi uurimisvaldkondi. Lisaks on tuuleturbiini tiiviku pinnakate (korrosioonivastane ja muud omadused), kütuseelemendid jne uued energiamaterjalide ja -seadmete uurimisvaldkonnad.

Integreeritud energiasüsteemide andurid. See on veel üks valdkond, kus professor Li on hiljuti aru saanud, et uusi energiamaterjale ja seadmeid saab laialdaselt kasutada. Elektrisüsteemi reformi pideva süvenemise taustal on olnud üldiseks trendiks traditsioonilise elektrivõrgu ümberkujundamine ja integreeritud energiasüsteemi väljaehitamine, kuid endiselt on puudu võtmesõlmedest ehk lülitustest. omavahel suhelda. Energiasüsteemiga ühendatud energia üha keerukamaks muutumine nõuab intelligentset kasutuselevõttu. Praegusel võrgul puuduvad aga "silmad" ja "kõrvad", et energiat kiiresti ja täpselt kasutusele võtta. Need "silmad" ja "kõrvad", andurid, on just see, kus uute energiamaterjalide ja -seadmete elukutse tuleb sisse. Tõenäoliselt toob uue energiamaterjali kasutamine kaasa suure uuenduse.

Kuidas on lood uue energiaga materjalide ja seadmetega?

2012. aasta juulis toimus Põhja-Hiina elektrienergia ülikoolis kolmas riiklik sümpoosion uute energiamaterjalide ja -seadmete ehitamise kohta. Üritusel osales üle 70 inimese, sealhulgas uute energiamaterjalide ja -seadmete printsiipe enam kui 30 ülikoolist, uute energeetikaettevõtete ja tööstusliitude esindajaid ning uute energeetikakirjastusüksuste esindajaid. Tsinghua ülikooli akadeemik Ni Weidou räägib arengust ja talentide nõudlusest uue energia vallas. Ta tõi välja, et uue energiatööstuse areng peaks kulgema asjalikku teed ning uuele energeetikale spetsialiseerunud kõrgkoolid ja ülikoolid peaksid lähtuma oma eripäradest, ületama arengu kitsaskoha ning panustama uue energia rajamisse. Hiina Taastuvenergia Assotsiatsiooni fotogalvaanilise komitee asedirektor, peasekretär Wu Dacheng märkis koosolekul, et uute energiatöötajate koolitus peaks tugevdama universaalsete talentide põhiharidust, õpetajate mõistlikku tutvustamist, tugevdama vahetusi ja ühist haridust.

Uute energiamaterjalide ja -seadmete erialade taust erinevates ülikoolides on väga erinev, mistõttu on ka kursustel oma eripärad. Võttes näiteks Põhja-Hiina elektrienergia ülikooli, sisaldab selle õppekava tugevat erialade ja ristumiskohtade kombinatsiooni. Professor Li Meicheng ütles, et uute energiamaterjalide ja -seadmete põhiosa hõlmab kolme järgmist aspekti: füüsikaline ja keemiline mehhanism on aluseks, materjal on põhiosa ja seade on materjali jõudlus. Kolledžid ja ülikoolid peaksid ühendama oma kutseomadused ja muutma need kolm orgaaniliselt mõistliku õppekava kaudu.

Põhikursused: (iga kooli kohta igakülgne teave)

Tahkisfüüsika, füüsikaline keemia, materjalide keemia ja füüsika, energia, elektrokeemia, toitetehnoloogia, pooljuhtide füüsika ja seadmed, energia salvestamise materjalid ja ettevalmistustehnoloogia, materjalide analüüsi- ja katsemeetodid, energia muundamine ja rakendamine, täiustatud energiasäästutehnoloogia põhimõte ja tehnoloogia, päikesepatareid, liitiumioonaku põhimõte ja tehnoloogia, energiasüsteemide integreerimise disain, loengusarjade maailma uus energiaarengu suund jne.

Ja uus energiateadus ja tehnika suur erinevus

Mõlemad erialad kuuluvad inseneri kategooriasse, kuid uued energiamaterjalid ja -seadmed kuuluvad materjalide kategooriasse ning uusenergiateadus ja -tehnika energiaenergia kategooriasse. Uus energiateadus ja inseneritöö on orienteeritud uuele energiatööstusele, millel on tugev interdistsiplinaarne ja suur erialane ulatus. Distsipliini sihtasutus pärineb mitmest teadusest ja inseneriteadusest ning on tihedalt seotud füüsika, keemia, materjalide, masinate, elektroonika, teabe, tarkvara, majanduse ja paljude teiste erialadega. Vastavalt sotsiaalsetele vajadustele ja oma erialasele akumulatsioonile on kolledžid ja ülikoolid seadnud paika oma omadused uuele energeetika- ja insenerierialale, koolituse eesmärgid, õppekava Seaded, eriala suund ja nii edasi on üsna erinevad.