新能源材料的基础仍然是材料科学与工程基于新能源理念的演化与发展，材料科学与工程研究的范围涉及金属、陶瓷、高分子材料（如塑料）、半导体以及复合材料。通过各种物理与化学的方法来发现新材料、改变传统材料的特性或行为使它们变得更有用，这就是材料科学的核心。材料的应用是人类发展的里程碎，人类所有的文明进程都是以他们使用的材料来分类的，如石器时代、钢器时代，铁器时代等。21世纪是新能源发挥巨大作用的年代，显然新能源材料及相关技术也将发挥l巨大作用，新能源材料之所以被称为新能源材料，必然在研究该类材料的时候要体现出新能源的角色。既然现在新能源的概念已经涵盖很多方面，那么具体的某类新能源材料就要体现出其所代表的该类新能源的某个（些）特性。

新能源新材料是在环保理念推出之后引发的对不可再生资源节约利用的一种新的科技理念，新能源新材料是指新近发展的或正在研发的，性能超群的一些材料，具有比传统材料更为优异的性能。新材料技术期是按照人的意志，通过物理研究，材料设计、材料加工，试验评价等一承列研究过程。创造出能满星各种需要的新里材料。

1.超导材料

有些材料当温度下降至某一临界据度时.其电阻完全消失，这种现象称为超导电性，具有这种现象的材料称为超导材精。超导体的另外一个持征是：当电阻苗失时，磁感应线将不能通过超导体，这种观象称为抗础性一般金属（间知：课，的电阻车随温度的下降面逐渐减小，当温度接近于OK时，其电阻达到某一数倒。面1019年荷一科学家晶内斯用液氢冷却水银，当温度下降前4.2K（即-2691.发现水银的电组克全节超导电性和抗微性是超导体的两个重要特性。使超导体电阻为零的需度称为临界君变（TC）.超导材料研竟的难题是突破“温度障码”，即手找高温超导材料.以NBTG.N1.Sa 为代去的实用超导材料已实现了商品化，作核微共据人体或像《NAIR1）.超宁微体及天得期滋要诚林等多个领域获得了应填：SoUIt）作为超导体弱电成有的典使已在微弱电楼你易西量方前起和了香要作用，其烈做度是其他任何菲超导的装置无达达到的。

但是，市于常规低温超导体的临界温度（TC)。超导材料研究的难题是突破“温度障碍”，即寻找高温超导材料。以NbTl、Nb；Sn为代表的实用超导材料已实现了商品化，在核磁共振人体成像（NMRID、超导磁体及大型加速器磁体等多个领域获得了应用：SQUID作为超导体弱电应用的典范已在微弱电磁信号测量方面起到了重要作用，其灵敏度是其他任何非超导的装置无法达到的。但是，由于常规低温超导体的临界温度太低，必须在昂贵复杂的液氮（4.2K）系统中使用.因而严重地限制了低温超导应用的发展，高温氧化物超导体的出现，突破了温度壁金，把超导应用温度从液氮（4.2K）提高到液氨（77K）温区。同液氨相比，液氮是一种非常经济的冷探。并且具有较高的热容量，给工程应用带来了极大的方便。另外，高温超导体都具有相当高的磁性能，能够用来产生20T以上的强磁场。

超导材料最诱人的应用是发电，输电和储能。利用超导材料制作发电机的线圈磁体后的超导发电机，可以将发电机的磁场强度提高到5万-6万高斯，而且几乎没有能量损失，与常规发电机相比，超导发电机的单机容量提高5~l0倍，发电效率提商50%：超导输电线和超导变压器可以把电力几乎无横耗地输送维用产，据统计，日旗的铜或铝导线输电，约有15%的电能损耗在输电线上，在中国每年的电力损失达1000多亿度。若改为超导输电，节省的电能相当于新建数十个大型发电厂；超导微是浮列车的工作原理是利用超毕材料的抗磁性，将超导材料置于永久磁体（或磁场）的上方，由于超导的抗磁性，磁体的就力线不能穿过超导体，磁体（或磁场）和超导体之间会产生排斥力，使超导体悬浮在上方。利用这种磁悬津效应可以制作高速超导磁悬浮列车，如已运行的日本新干线列车，上海汕东围际机场的高速列车等：用于超导计算机，高速计算机要求在集成电路芯片上的元件和连接线密集排列，但密集相列的电路在工工作时会产生大量的热量，若利用电阻接近于零的超导材料制作连按级或超微发热的超导器件，则不存在散热问题，可使计算机的运算速度大大提腐。

2.能源材料

能源材料主要有太阳能电他材料、储氢材料，图体氧化物电池材料等。太阳能电池材料是新能源材料.IBM公司研制的多层复合太阳能电池，转换率高达10%。氢是无污染。高效的理想能源，氢的利用关键是氢的储存与运输，美国能源部在全部氢能研究经费中，太约有50%用于储氢技术。氢对一般材料会产生赛蚀，造成氢脆及其渗困，在运输中也极易媒难。储氢材科的储氧方式是材料与氢结合形成氧化物，当需要时加热放领，款完后又可以继续危氧，目削的储氢材料多为金属化合物，如La\eH，Ti；Mn.H等。固体氧化物燃料电池的研究十分活跃，关键是电池材料，如固体电解质薄膜和电他阴极材料，还有质子交换膜型燃料电池用的有机质子交换膜等。

3.智能材料

智能材料是继天然材料、合成高分子材料、人工设计材料之后的第四代材料，是现代高技术新材料发展的重要方向之一。国外在智能材料的研发方面取得很多技术突破，如英国字航公司的导线传感器。用于测试飞机蒙皮上的应变与温度情况；英国开发出一种快速反应形状记忆合金，寿命期具有百万次循环，且输出功率高，用它制作制动器时，反应时间仅为10分钟；形状记忆合金还成功地应用于卫星天线、医学等侧域。另外，还有压电材料，磁致伸缩材料、导电高分子材料、电流变液和磁流变液等智能材料驱动组件材料等功能材料。

4.磁性材料

磁性材料可分为软磁材料和硬磁材料两类，软磁材料是指那些易于磁化并可反复磁化的材料，但当德场去除后，磁性即随之消失。这类材料的特性标志是：磁导率（μ=B/H）离，即在磁场中很容易被磁化，并很快达到高的磁化强度；但当磁场消失时，其剩磁就很小。这种材料在电子技术中广适应用于高颗技术。如磁芯、磁头、存储器磁芯：在通电技术中可用于制作变正器、开关继电器等。日前常用的软磁体有读硅合金、铁侧含金、非品金属。Fe（3%-4%155的供硅个金是最常用的软磁材料，常用作低频变压器、电动机及发电机的以芯：铁建企金的性能比铁信合命好，典型代表材料为坡英合金（Per mAllay），其成分为79KNi-21%下e.城英合会具有高的磁导率（磁导率，为铁往合金的10~20倍）。低的损耗：并且在树磁场中民有高的磁导率和低的断就力，广泛用于电讯工业、电子计算机和控制系统方面，是重要的电子材科；非品年属会属政聘与一般查属的不同点趣其被构为非品体。

它们是曲Fe.Co、i及十金属元B.所组成，其生产工艺西水是采用级供的速度想金属液冷却，使网态全属获得原子无规则排列的非品体整剧。非品雀属其有据常优息的做性能.它们已II于低能耗的变压器，磁性传感器、记是磁常。男外，有的非品参属其有优良的背触性、有的非品命属具有强度高，即性好的特点。

水破材料（就破材科》经磁化后。基除外障刷的保制做性，其性能特点是其行高的利磁考的永磁材料（硬磁材料）经磁化后，去除外磁场仍保留磁性，其性能特点是具有高的剩磁，高的断顽力。利用此特性可制造水久磁铁，可把它作为磁源。如常见的指南针、仪表、微电机，电动机、录音机、电话及医疗等方面。水磁材料包括铁氧体和金属水磁材料两类。铁氧体的用量大、应用广泛、价格低，但截性能一般，用于一般要求的水磁体。金属水磁材料中，最早使用的是高碳钢，但磁性能较差。高性能水磁材料的品种有铝锦钻（Al-N；-Co)和铁铬钻（Fe-CrCo)；稀土水磁，如较早的稀土钻（Re-Co）合金（主要品种有利用粉末治金技术制成的SmCo.和SmCon），以及现在广泛采用的促铁翻（N-Fe-B)粉土水磁，促铁础磁体不仅性能优，而且不含稀缺元素钻，所以很快成为目前高性能永磁材料的代表，已用于高性能扬声器、电子水表、核磁共振仪，微电机、汽车启动电机等。

5.纳米材料

纳来本是一个尺度范围，纳米科学技术是一个磁科学前滑的高技术于一体的完整体系，它的基本含义是在的来尺寸范围内认识和改造自然，通过直接操作和安排原子、分子来创新物质。纳米科技主要包播：纳米体系想理学、纳术化学，们术材料学，纳米生物学、纳米电子学、纳米加工学，纳米力学七个方面。纳米材料趣的来科技需域中最富活力、研究内涵十分丰富的科学分支。用纳米来命名材料是20世纪50年钱，增米材料是指由纳米颗粒构成的固体材料，其中纳米颗粒的尺于最多不超过1m纳米纳术材料的制备与合成技术是当前主要的研究方向，虽然在样品的合成上取得了一些进展，但至今仍不能制备非大量的块状样品，因此可究纳来材料的制备对其应用起着至关重要的作用。目前我国已热研制出一种理的米技不制造的乳化剂，以一定比例加入汽油后，可便像桑塔第一类的精车降低10%左右的耗油量：钠米材料在幸温条件下具有优异的储氢能力，在家温常压下，约23的氧能可以从这些纳术材科中得以释放，可以不用品费的超低温被氢铺存装置。

彼能：即海洋按很能，这是一种取之不息，用之不渴的无污素可再生能源。据推测，地球L上海洋波浪碰藏的电能高达少101TW。近年来。在各回的新能源开发计划中，被能的利用已故有一席之地。尽管被能发电成本较高，需要进一步完流，但目前的进想已表明了这种新能源潜在的商业价值。日本的一莱海养灭能发电厂已达行8年，电了厂的发电成本虽高于其他发电方式，但

对于边运岛的来说，可节省电力传输等投资费用。目前，真，英、印度等回家已建成几十上座波能发电站，且均运行良好。

可燃冰：这是一种甲烷与水结含在一起的固体化含物，它的外形与冰相似，故称“可然冰”。可燃决在低温高压下轻稳定状态，冰融化所释放的可燃气体相当于原集酬体化合物体积的10

倍。据测算，可燃冻的强藏量比地球上的煤，石油和天然气的总和还答煤层气：媒在形成过程中由于温度发压力增加，在产生变活作即的同时也释放出可燃件气体。从泥炭到褐媒，每吨媒产生68m”气；从泥炭到肥媒，每吨媒产生130m2气；从泥炭到无烟媒每吨煤产生400m*气。科学家估计，地球上煤层气可达2000Tm2。

做生物发醇，世界上有不少国家盛产甘蔗、甜菜、木薯等，利用微生物发酵，可制成酒精，酒精具有燃挽完全、效率高，无污染等特点，用其稀释汽制可得到“乙醇汽油”，而且制作酒精的原料丰富，成本低廉。据报道，巴而已改装“乙醇汽油“或酒精为燃料的汽车达几十万辆，减轻了大气污染。此外，利用做生物可制取氢气，以开蹄能源的新途径。年四代核能源：当今，世界科学家已研制出利用正反物质的核聚变，来制造出无任何污染的新壁核能源。正反物质的原子在相遇的瞬间，灰飞烟灭，此时，会产生高当量的冲击被以及光辐射能。这种强大的光辐射能可转化为热能，如果能够控制正反物质的核反应强度，来作为人类的新黑能源，那将是人类能源史上的一场伟大的能源不命。

新能源发展过程中发探重要作用的新能源材料有锂离子电池关键材料、像氢动力电池关键材料、氢能燃料电他关键材料、多品薄膜太阳能电池材料、LED发光材料、核用储合金等。新能

源材料的应用现状可以概括为以下几个方面。

1.锂离子电池及其类键材料经过10多年的发展，小型锂离子电池在信息络端产品（移动电话、便携式电脑、数码摄像机）中的应用已占据蒸断性地位，我国也已发展成为全球三大锂离子电池和材料的制造和出口大国之一。新能源汽车用提离子劝力电池和新能源大规模储能用锂离子电池也已日渐成熟，市场前景广阔。近10年来狸离子电池技术发展迅速，其比能量由100W·h/kg增加到180w·h/kg,比功率达到2000W/k原，循环寿命达到100次以上。在此基础上，如何进一步提高锂离子电池的性价比及其安全性是日前的研究重点，其中开发具有优良综合性能的正负极材料、工作温度更高的新型隔膜和加阻燃剂的电解液是提高望离子电池安全性和降低成本的重要途径。

2.镍氯电池及其关键材料

键氢动力电池已进人成熟期.在商业化、规模化应用的混合动力汽车中得到了实际验证，全球已经批量生产的混合动打汽车大多采用银氯动力电准。目前技术较为领先的是日本Panaso-nir FV Energy公司，其开象的电他品种主要为6.3A·h电池，形状有圆柱形和方形两种，电池比能量为45W·b/kg，比功率达到1300W/kg。采用牌氢动力电池的Prius混合动力轿车在全球销售约120万辆，并已经经受了11年左右的商业运行考核，随着Prius混合动力轿车需求增大，原有的保氢动力电他的产最已不能满足市场需求，Panasonic EV Enuergy公司正在福岛县新建一条可满是106f个/年电动汽车用键氢动力电德的生产线，计划3年后投产，保氢电池是近年来开发的一种新型电池，与常用的保锡电犯相比，容量可以提高一倍，没有记忆效应，对环境没有污集。它的核心是储氢合全材料，围前主要使用的是RE（1aVi.）系.Mg系和Ti系储氢材料。我同在小功事据氢电池产业化方面取得了很大进展，钾氢电他的出口逐年增长，年增长率为30%以上。世界各发达国家都将大型据氢电泡列入电动汽车的开发计划，摆氢动力电池正朝着方形密封，大容业，高能比的方问发腔。

3.燃料电池材科

燃料电池材料国燃料电他与氢能的前切关系面总得意义重大，燃料电池可以应用于工业及生活的各个方面，如使用慈料电池作为电动汽车电部一直是人类汽车发展的目标之一。在材料及部件方面，在发进行了电解质材料台成及薄要化，电极材料含成与电极制备、密封材料及相关测试表征技术的研究，如推杂的LiC的将Y5Z.银指杂的锰酸到阴极及NYSZ阿空阳极的制备与优化等。采用度价的步法工艺，可在YS2Ni即极基底上润备厚度仅为50gm的致密YS2薄膜，800℃用氢作燃料时单电池的输出功率密度达到0.3W/cm’以上。

催化剂是质子交换膜燃料电池的关键材料之一，对于燃料电池的效率、寿命和成本均有较大影响。在目前的技术水平下，燃料电池中Pt的使用量为1~l.5g/kW，当燃料电池汽车达到10°辆的规模（总功率为4×10°kW）时，Pt的用量将超过40t，而世界Pt族金属总储量为56000t，且主要集中于南非（77%）、俄罗斯（13%）和北美（6%）等地，我国本土的销族金属矿产资源非常贪乏，总保有储量仪为3101。怕金属的稀缺与高价已成为燃料电池大规模商业化应用的蓝颈之一。如何降低贵金属铂催化剂的用量，开发非怕催化剂，提高其催化性能，成为当前质子交换膜燃料电池催化剂的研究重点。

传统的固体氧化物燃料电池（SOFC)通常在800~1000℃的高温条件下工作，由此带来材料选择困难、制造成本高等问题。如果将SOFC的工作温度降至600~800℃，便可采用廉价的不锈销作为电他堆的连接材料，降低电池其他部件（B）P）对材料的要求，同时可以简化电池堆设计，降低电池密封难度，减级电德组件材料间的互相反应.抑制电极材料结构变化，从面提高S（OFC系统的寿命，降低SKOFC系统的成本。当工作温度进一步降至400~600℃时，有望实现SOFC的快速启动和关闭，这为SOFC进军燃料电池汽车、军用潜虹及便携式移动电源等领域打开了大门。实现SOFC的中低温运行有两条主要途径：继续采用传统的YSZ电解质材料，将其制成薄膜，减小电解质厚度，以或小离子传导距离，使燃料电池在较低的温度下获得较高的输出功率，开发新型的中低温固体电解面材料及与之相匹配的电板材料和连接板材料。

4.轻质高容金储氧材料

日前得到实际应用的储气材料主划有AB细陌土系储氢合会、钛系AlB型合金和AB型Laves相合金，但这些储氢材料的储氢质量分数都低于2.2%。近制美国能源部将2015年储氢系统的储氢质就分数的目标调整为2.5%，日前尚无一种储氧方式能够满足这一要求，因此必须大力发展新驱高容量储氢材料，目前的研究热点主要集中在高容量金属氢化物储氢材料、配位氢化物储氢材料，氨基化合物储氧材科和M（F。等方面的研究。在金属氢化物储氢材料方面，北京有色金属研究总院近期研前出=Cr.V=（Ce，合会，其常记最大储氯质量分数可达3.65%，在70，0.1M2%条件下有效教领质量分数达到25%。日前研范报道的钛钮系附泽体储氢合会，大多以纯帆为原料，含金成本解高，太规模应用受到了限剖。因此，高性能低识固溶体合金和以桃铁为原料的钱钥候系因游体销氢合金的研究自检受到面。

5.太阳能电池材料

基于太阳能在新能源领域的龙头地位，美国，德国、日本等发达国家都将太阳能光电技术放在新能源的首位。这些国家的单品硅电池的转换率相继达到20%以上，多品硅电池在实验室中的转换效率也达到了17%，这引起了各个方面的关注。砷化像太阳能电池的转换率目前已经达到20%~28%，采用多层结构还可以进一步提高转换率，美国研制的高效堆积式多结砷化惊太阳能电池的转换率达到了31%，IBM公司报道的多层复合砷化像太阳能电池的转换率达到了40%。在世界太阳能电他市场上，目前仍以品体礁电池为主。预计在今后一定时间内，世界太阳能电池及其组件的产量将以每年35%左右的速度增长。品体硅电池的优势地位在相当长的时期里仍将继续维持并向前发展。

6.发展核能的关键材料

美国的核电约占总发电量的20%。法国、日本两回核能发电所占份额分别为77%和29.7%。日前。中国核电工业由原先的适度发展进入加速发展的阶段，同时我国核能发电量创历史最高水平，到2020年核电装机容最将占全部总装机容量的4%。核电工业的发展离不开核材料，任何核电技术的突破都有赖于核材料的首先突破。发展核能的关键材料包括：先进核动力材料、先进的核燃料，高性能燃料元件，新现核反应堆材料，铺浓缩材料等。

核反应堆中，目前普递使用错合金作为堆芯结构部件和燃料元件包壳材料。Zr-2、zr-4和Zr-2.5Nb是水堆用的三种最成熟的错合金，Zr-2用作沸水堆包壳材料，Zr-4用作压水堆、重水堆和石墨水冷堆的包壳材料，Zr-2.5Nb用作重水堆和石墨水冷堆的压力管材料，其中Zr-4合金应用最为普道，该合金已有30多年的使用历史。为提高性能，一些国家开展了改善Zr-4合金的耐腐蚀性能以及开发新错合金的研究工作。通过将Sn含量取下限，Fe、Cr含量取上限，并采取适当的热处理工艺改善微观组织结构，得到了改进型Zx-4包壳合金，其堆内腐蚀性能得到了改善。但是，长期的使用证明，改进盟Zr-4合金仍然不能满足50GWd/tU以上高燃耗的要求。针对这一情况，美国、法国和俄罗顺等国家开发了新型Zr-Nb系合金，与传统Zr-Sn合金相比，Zr-Nb系合金具有抗吸氢能力强，耐腐蚀性能、高盘性能及加工性能好等持性，能满足60GWd/tU甚至更高燃耗的要求，并可延长换料周期。这些新型钻合金已在新一代压水堆电站中获得厂泛应用，如法国采用M5金金制成燃料棒，经在反应堆内辐照后表明，其性能大大优于Zr-4食金，法国法马道公司的AFA2G燃料组件已采用M5合金作为包壳材料。

7.其他新能源材料

我国风能资源较为丰富，但与世界光进国家相比，我国风能利用技术和发展差距较大，其中最主要的问题是尚不能制造大功率风电机组的复合材科和叶片材料。电容器材料和热电转换材料一直是传统能源材料的研究范日。现在随着新材料技术的发展和新能源含义的拓展，一些新的热电转换材料也可以当作新能源材料来研究。目前热电材料的研究主要集中在（SbBi）：（TeSel）.合金、填充式Skuterudites CoSb，型合金（如CeFe.Sb）、IⅣ族Clathrates体系（如Sr.Eu.Ges（Ge）以及Haf -Heusder 含金（如TiNiSn.Sb.a）。节能储能材料的技术发展也使得相关的关键材料研究迅速发展，一些新壁的利用传统能源和新能源的储能材料也成为人们关注的对象。利用相变材料（plhase change mAterials,PCM)的相变替热未实现能量的储存和利用，提高能效和开发可再生能源，是近年来能源科学和材精科学领域中一个十分活跃的前铅研究方向：发展具有产业化前景的超导电缆技本是国家高材料领城超导材料与技术专项的重点课题之一，我网已成为世界上第3个将超导电缆投入世网运行的同家，超导电缆的技术一路身于世界前列，将对我国的超导应用研究和能题工业的前景产生工要的影响。

新能源材料是推动氢能燃料电池快速发照的重要保障。提高能效、降低成本、节约资源和环地友好将成为新能源发疑的水恒主题，新能源材料将在其中发挥越来越重要的作用。如何针对新能源发展的重大需求，解决租关新能源材料的材料科学基础研究和重要工程技术问题，将成为材料工作者的重要研究课题。