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化学与能源 一、能源的分类 一次能源：在自然界中可直接取得不必改变其基本形态的能源。 二次能源：由一次能源经过加工或转换成另一种形态的能源产品。 常规能源：即传统能源，已经大规模生产和广泛利用的能源。 新能源：以新技术为基础，系统开发的能源。 常见的能源 太阳能 化石能源 水能 风能 潮汐能：海水潮流运动的能量 海洋能：潮汐能、波浪能、海流能、温差能 地热能：地球内部释放到地表的能量 生物质：燃烧植物体放出热能 核能（原子能） 氢能 二、化石能源 2、煤 （1）煤的干馏 （2）煤的气化 （3）煤的液化 煤与有限的热空气和水蒸气反应生得到主要成分为CO和H2的混合气体，可以作为城市煤气的要。 （4）一碳化学 3、天然气－－家庭用气体燃料 管道煤气由煤加工制得，液化气是石油炼制产物，天然气则能直接使用。家庭生活中，为什么要使用气体燃料呢？ ① 因气体易扩散，故气体燃料与空气混合充分，容易完全燃烧，与固体燃料相比有较高的能量利用率。 ② 气体燃料便于运输，使用方便（易点燃，易熄灭），且清洁卫生。 ③ 固体煤中含有硫、氮等杂质，直接燃煤、煤球或煤饼会产生大量二氧化硫、氮氧化物（NOx）、粉尘等，造成大气污染，住宅环境也烟灰满天，厨房空气的污染则更严重。 （1）主要成分 管道煤气的可燃成分是氢气、一氧化碳和甲烷，分别约占48%～50%，10%～15%和13%～18% 液化气又叫液化石油气，主要成分中C3、C4的烃是沸点较低的成分丙烷、丙烯、丁烷、丁烯。 天然气的主要成分是甲烷，还有少量的其他气态烃，天然气直接产自油气田，开采后经脱硫、脱水等，即可用作家庭燃气。 三种气体燃料的热值大体为以下数值： （2）爆炸极限 LiBH4分解制氢 LiBH4分解制氢 轨道舱 太阳能电池 按照所用材料的不同： 硅太阳能电池(单晶硅、多晶硅、非晶硅） （光电转化效率高，成本高，制备工艺复杂！） 以无机盐如砷化镓、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料的电池 （镉：剧毒。铟、硒：稀有元素） 功能高分子材料制备的大阳能电池 （处于研发初期、转化效率低、使用寿命短） 染料敏化纳米晶体太阳能电池 （正在研发） 材料与器件结构的研究与开发 各种太阳能电池材料研究 杂质与缺陷的转换效率及稳定性影响 使用薄膜技术和剥离技术。 大规模生产技术的开发 跟踪与聚光 储电及并网发电结合 并网发电已占50% 以建成多个兆瓦级的电站，~100MW规模VS太阳能热发电站 与建筑物结合 架设太阳电池组件 日本：1994-2000年 2万套屋顶光伏系统185MW ；七万屋顶计划 280M 美国：1997~2010年 百万屋顶计划 3025MW 发电成本6美分 集成在建筑材料上 曲线形屋顶瓦、垂直幕墙、窗用玻璃 原电池 蓄电池 蓄电池又称二次电池，可以通过充电使活性物质再生。蓄电池的两极均以铅板为骨架，正极铅板上是二氧化铅，负极铅板上是海绵状铅。 锂电池 锂电池分为一次电池和二次电池两类，照相机等耗电量较低的电子产品中主要使用不可充电的一次锂电池，而摄像机、数码相机、手机及笔记本电脑等耗电量较大的电子产品中则使用可充放电的二次锂电池。 镍氢电池（高压镍氢电池） 正极：Ni电极 NiO（OH）+ H2O + e- =Ni(OH)2+OH- 负极：氢电极 1/2H2 + OH- =H2O + e- 总反应： 1/2H2 + NiO(OH) = Ni(OH)2 电解质：KOH 电池内氢气的压力：0.3-4MPa 七、其它能源的应用 1、生物质能：是从生物质转化产生能量。 沼气的产生： 沼气发生原理： 硼氢化合物 热分解制氢——NH3BH3、LiBH4等 水分解制氢——NaBH4（SBH）等 BN纳米结构材料 硼促进贮氢材料 含硼贮氢材料 Wolf et al. 19.5 19.5 NH3BH3 Potential chemical substance for H2 storage 16.8 Al(BH4)3 14.8 Mg(BH4)2 15.2 24.5 10.5 18.2 formula Millennium Cell et al. 10.8 NaBH4 Unstable -20℃ 24.5 NH4BH4 LiAlH2(BH4)2 Zutel et al. 13.5 LiBH4 reaction 研究者 氢含量 wt% 硼氢化物 硼氢化合物贮氢 Prof. A. Zuttel, Switzerland Univ Fribourg 450℃ 左右可以获得13.5 wt% H2 强放热反应 可以获得13.6 wt% H2 120℃-300℃ 19