Kaj so novi energetski materiali in naprave?

Tako imenovana nova energija se nanaša na energijo, ki še ni bila izkoriščena v velikem obsegu in je v fazi aktivnih raziskav in razvoja, ki se razlikuje od konvencionalne energije, kot so premog, nafta, zemeljski plin ter velike in srednje velike hidroelektrarne. Sončna energija, energija vetra, sodobna energija biomase, geotermalna energija, energija oceanov in energija vodika so na primer novi viri energije. Novi energetski materiali so ključni materiali, ki se uporabljajo v procesu realizacije transformacije in izrabe teh novih virov energije ter razvoja novih energetskih tehnologij.

Trenutno so bolj raziskani in relativno zreli novi energetski materiali predvsem materiali za sončne celice, materiali za električne baterije, materiali za gorivne celice, materiali za energijo biomase, materiali za energijo vetra, superkondenzatorji, materiali za jedrsko energijo itd.

Smer novih energetskih materialov in naprav je smer raziskav in razvoja ključnih materialov in načrtovanje naprav ter proizvodnja novih pretvorb in izrabe energije. Ta smer je ena izmed prvih smeri, povezanih z nacionalnimi strateškimi nastajajočimi industrijami, ki jih je leta 2010 dodalo ministrstvo za izobraževanje, in je ena najmlajših smeri v materialni kategoriji inženiringa.

Profesor Li Meicheng je dejal, da je konotacija glavnih novih energetskih materialov in naprav v integraciji novih energetskih materialov in naprav. Za razliko od tradicionalnih materialov, kot so zlitine, novi energetski materiali niso enostavni materiali, ampak imajo strukturne in funkcionalne lastnosti. Na primer, jedro sončnih kolektorjev ni preprost silicij, ampak tvori določeno strukturo (kot je PN spoj) in lahko doseže funkcijo fotoelektrične pretvorbe. Zato pri raziskavah novih energetskih materialov in naprav ne gre samo za materiale ali komponente, temveč za kombinacijo obojega. Z drugimi besedami, smer se osredotoča na to, kako prebiti prelomnice med novimi energetskimi materiali in napravami.

Vzemimo za primer električne avtomobile, kjer se tehnologija električnih baterij hitro razvija. Na primer, litij-titanat negativna baterija ima prednosti hitrega polnjenja, dolge življenjske dobe, visoke varnosti itd., Slabost je nizka gostota energije, visoka cena, primerna za uporabo v avtobusu. Vendar pa je nedavno ogljikova negativna baterija za hitro polnjenje hitro napredovala in pričakuje se, da bo njena visoka gostota energije in nizka cena nadomestila negativno baterijo z litij-titanatom. Ne glede na vrsto baterije so njeni materiali in naprave neločljivi, končni material pa mora biti izdelan v baterijo. Seveda je to le majhen del raziskovalnega področja novih energetskih materialov in naprav.

Katera so raziskovalna področja novih energetskih materialov in naprav?

Profesor Li Meicheng je dejal, da so trenutna aktivna raziskovalna področja novih energetskih materialov in naprav:

Prvič, proces pretvorbe energije. Na primer svetlobna energija v elektriko, svetlobna energija v toploto, svetlobna energija v kemično energijo, vetrna energija v elektriko, energija biomase v elektriko itd. Sončne celice na primer pretvarjajo svetlobno energijo v električno, umetna fotosinteza pa svetlobno energijo v kemično.

Drugič, zajemanje in shranjevanje energije. Novembra 2016 je premier Li Keqiang predsedoval sestanku Nacionalne komisije za energijo, ki je obravnavala in odobrila 13. petletni načrt za energetski razvoj. Li je predlagal, da se osredotoči na razvoj in uporabo obnovljivih virov energije, zlasti na novo energijo v omrežni tehnologiji in shranjevanje energije, preboj tehnologije mikro omrežij, celovito gradnjo energije modrosti "Internet +", izboljšanje zmožnosti prilagajanja elektroenergetskega sistema, povečanje zmožnosti dane nove energije , razviti napredno tehnologijo visoke učinkovitosti in varčevanja z energijo ter energijsko tekmovanje na vrhuncu znanosti in tehnologije. Leta 2016 je Nacionalna uprava za energijo prvič po vsej državi odobrila izgradnjo nacionalnega obsežnega predstavitvenega projekta shranjevanja kemične energije in tudi predstavila posebne inovacijske cilje za tehnologijo shranjevanja energije ultrakondenzatorjev velike zmogljivosti. Tehnologija shranjevanja energije bo v naslednjih petih letih eno ključnih raziskovalnih področij. Poleg tega so površinski premaz rotorja vetrnih turbin (protikorozijske in druge lastnosti), gorivne celice itd. nova raziskovalna področja energetskih materialov in naprav.

Senzorji v integriranih energetskih sistemih. To je še eno področje, kjer je profesor Li pred kratkim ugotovil, da je mogoče nove energetske materiale in naprave široko uporabljati. V ozadju nenehnega poglabljanja reforme elektroenergetskega sistema je preoblikovanje tradicionalnega elektroenergetskega omrežja in izgradnja integriranega energetskega sistema splošen trend, še vedno pa primanjkuje ključnih vozlišč oziroma prehodov na komunicirajo med seboj. Vse večja kompleksnost energije, povezane z energetskim sistemom, zahteva inteligentno uvajanje. Trenutnemu omrežju pa manjkajo "oči" in "ušesa" za hitro in natančno uporabo energije. Te »oči« in »ušesa«, senzorji, so ravno tam, kjer nastopi stroka novih energetskih materialov in naprav. Verjetno bo uporaba novega energetskega materiala vodila do velike inovacije.

Kaj pa novi energetski materiali in naprave?

Julija 2012 je North China Electric Power University gostila tretji nacionalni simpozij o gradnji novih energetskih materialov in naprav. Dogodka se je udeležilo več kot 70 ljudi, vključno z vodji novih energetskih materialov in naprav z več kot 30 univerz, predstavniki podjetij za novo energijo in industrijskih združenj ter založniških enot za novo energijo. Ni Weidou, akademik Univerze Tsinghua, govori o razvoju in povpraševanju po talentih na področju nove energije. Poudaril je, da bi moral razvoj nove energetike potekati po praktični poti, fakultete in univerze, specializirane za novo energijo, pa bi morale izhajati iz lastnih značilnosti, premagati razvojna ozka grla in prispevati k izgradnji nove energije. Namestnik direktorja fotovoltaičnega odbora Kitajskega združenja za obnovljivo energijo, generalni sekretar Wu Dacheng je na srečanju poudaril, da bi moralo usposabljanje osebja za novo energijo okrepiti osnovno izobraževanje univerzalnih talentov, razumno uvajanje učiteljev, okrepiti izmenjave in skupno izobraževanje.

Ozadje novih energetskih materialov in naprav na različnih univerzah je zelo različno, zato imajo tudi tečaji svoje značilnosti. Če za primer vzamemo North China Electric Power University, njen kurikulum vsebuje močno kombinacijo disciplin in presečišč. Profesor Li Meicheng je dejal, da glavnina novih energetskih materialov in naprav vključuje naslednje tri vidike: fizikalni in kemični mehanizem je osnova, material je glavni del, naprava pa je zmogljivost materiala. Visoke šole in univerze bi morale združiti svoje lastne strokovne značilnosti in vse tri narediti organsko z razumno nastavitvijo kurikuluma.

Glavni tečaji : (izčrpne informacije o vsaki šoli)

Fizika trdne snovi, fizikalna kemija, kemija in fizika materialov, energija, elektrokemija, tehnologija napajanja, fizika in naprave polprevodnikov, materiali za shranjevanje energije in tehnologija priprave, analiza materialov in preskusne metode, transformacija in uporaba energije, načelo napredne tehnologije varčevanja z energijo in tehnologija, sončne celice, načelo in tehnologija litij-ionske baterije, zasnova integracije energetskega sistema, novi svetovni trend razvoja energije v serijah predavanj itd.

In nova energetska znanost in inženiring velika razlika

Obe smeri spadata v kategorijo inženiring, vendar novi energetski materiali in naprave spadajo v kategorijo materialov, nova energetska znanost in inženiring pa v kategorijo energetska moč. Nova energetska znanost in inženiring je usmerjena v novo energetsko industrijo, z močno interdisciplinarno in velikim strokovnim razponom. Osnova discipline izhaja iz številnih ved in inženirstva ter je tesno povezana s fiziko, kemijo, materiali, stroji, elektroniko, informacijami, programsko opremo, ekonomijo in številnimi drugimi smermi. V skladu z družbenimi potrebami in lastnim poklicnim kopičenjem so visoke šole in univerze postavile lastne značilnosti nove smeri energetike in inženiringa, cilji usposabljanja, nastavitve kurikuluma, glavne smeri in tako naprej so precej različni.