¿Qué son los nuevos materiales y dispositivos energéticos?

La llamada nueva energía se refiere a la energía que no se ha utilizado a gran escala y se encuentra en investigación y desarrollo activos, que es diferente de las energías convencionales como el carbón, el petróleo, el gas natural y las centrales hidroeléctricas grandes y medianas. Por ejemplo, la energía solar, la energía eólica, la energía moderna de biomasa, la energía geotérmica, la energía oceánica y la energía del hidrógeno son todas nuevas fuentes de energía. Los nuevos materiales energéticos son los materiales clave que se utilizan en el proceso de transformación y utilización de estas nuevas fuentes de energía y en el desarrollo de nuevas tecnologías energéticas.

En la actualidad, los nuevos materiales energéticos más estudiados y relativamente maduros son principalmente materiales de células solares, materiales de baterías eléctricas, materiales de pilas de combustible, materiales de energía de biomasa, materiales de energía eólica, supercondensadores, materiales de energía nuclear, etc.

La especialidad de nuevos materiales y dispositivos de energía es la especialidad de investigación y desarrollo de materiales clave y diseño y fabricación de dispositivos de nueva conversión y utilización de energía. Esta carrera es una de las primeras carreras relacionadas con industrias emergentes estratégicas nacionales agregadas por el Ministerio de Educación en 2010, y es una de las carreras más jóvenes en la categoría de materiales de ingeniería.

El profesor Li Meicheng dijo que la connotación de la mayor parte de los materiales y dispositivos de nueva energía radica en la integración de materiales y dispositivos de nueva energía. A diferencia de los materiales tradicionales, como los materiales de aleación, los materiales de nueva energía no son materiales simples, sino que tienen propiedades estructurales y funcionales. Por ejemplo, el material del núcleo de los paneles solares no es simple silicio, sino que forma una determinada estructura (como la unión PN) y puede lograr la función de conversión fotoeléctrica. Por lo tanto, la investigación de nuevos materiales y dispositivos energéticos no es solo materiales o componentes, sino combinar los dos. En otras palabras, la especialización se centra en cómo romper las líneas de falla entre los nuevos materiales y dispositivos energéticos.

Tome los autos eléctricos, por ejemplo, donde la tecnología de baterías de energía está evolucionando rápidamente. Por ejemplo, la batería negativa de titanato de litio tiene las ventajas de un rendimiento de carga rápido, larga vida útil, alta seguridad, etc., la desventaja es la baja densidad de energía, el alto precio, adecuado para el uso en autobús. Sin embargo, recientemente, la batería de carga rápida negativa de carbono ha progresado rápidamente, y se espera que su alta densidad de energía y bajo costo reemplacen la batería negativa de titanato de litio. No importa qué tipo de batería, sus materiales y dispositivos son inseparables, y el material final debe convertirse en una batería. Por supuesto, esto es solo una pequeña parte del campo de investigación de nuevos materiales y dispositivos energéticos.

¿Cuáles son las áreas de investigación de nuevos materiales y dispositivos energéticos?

El profesor Li Meicheng dijo que las áreas de investigación activas actuales de nuevos materiales y dispositivos de energía son:

En primer lugar, el proceso de conversión de energía. Por ejemplo, energía luminosa a electricidad, energía luminosa a calor, energía luminosa a energía química, energía eólica a electricidad, energía de biomasa a electricidad, etc. Por ejemplo, las células solares convierten la energía de la luz en electricidad y la fotosíntesis artificial convierte la energía de la luz en energía química.

Segundo, captura y almacenamiento de energía. En noviembre de 2016, el primer ministro Li Keqiang presidió una reunión de la Comisión Nacional de Energía, que deliberó y aprobó el XIII Plan Quinquenal de Desarrollo Energético. Li sugirió centrarse en el desarrollo y la utilización de energías renovables, especialmente en la nueva energía en la tecnología de la red y el almacenamiento de energía, el avance de la tecnología de micro redes, la construcción integral "Internet +" energía de la sabiduría, mejorar la capacidad de ajuste del sistema de energía, aumentar la nueva capacidad de energía dada , desarrollar tecnología avanzada de alta eficiencia y ahorro de energía y competencia energética a las alturas dominantes de la ciencia y la tecnología. En 2016, la Administración Nacional de Energía aprobó la construcción del proyecto nacional de demostración de almacenamiento de energía química a gran escala por primera vez en todo el país y también propuso objetivos de innovación específicos para la tecnología de almacenamiento de energía de ultracondensadores de gran capacidad. La tecnología de almacenamiento de energía será una de las áreas clave de investigación en los próximos cinco años. Además, el revestimiento de la superficie del impulsor de la turbina eólica (anticorrosión y otras propiedades), las celdas de combustible, etc., son campos de investigación de nuevos materiales y dispositivos energéticos.

Sensores en sistemas integrados de energía. Esta es otra área en la que el profesor Li se ha dado cuenta recientemente de que los nuevos materiales y dispositivos energéticos pueden utilizarse ampliamente. En el contexto de la profundización continua de la reforma del sistema eléctrico, la transformación de la red eléctrica tradicional y la construcción del sistema energético integrado han sido la tendencia general, pero todavía faltan nodos clave o interruptores para comunicarse entre sí. La creciente complejidad de la energía conectada al sistema energético requiere un despliegue inteligente. La red actual, sin embargo, carece de "ojos" y "oídos" para desplegar energía de forma rápida y precisa. Estos "ojos" y "oídos", sensores, son exactamente donde entra en juego la profesión de nuevos materiales y dispositivos energéticos. Es probable que el uso de un nuevo material energético conduzca a una gran innovación.

¿Qué pasa con los materiales y dispositivos de nueva energía?

En julio de 2012, la Universidad de Energía Eléctrica del Norte de China organizó el tercer Simposio Nacional sobre la construcción de nuevos materiales y dispositivos energéticos. Más de 70 personas participaron en el evento, incluidos directores de materiales y dispositivos de nuevas energías de más de 30 universidades, representantes de empresas de nuevas energías y asociaciones industriales, y unidades editoriales de nuevas energías. Ni Weidou, académico de la Universidad de Tsinghua, habla sobre el desarrollo y la demanda de talento en el campo de las nuevas energías. Señaló que el desarrollo de la industria de la nueva energía debe tomar un camino práctico, y los colegios y universidades que se especializan en la nueva energía deben basarse en sus propias características, superar el cuello de botella del desarrollo y contribuir a la construcción de la nueva energía. El subdirector del comité fotovoltaico de la Asociación de Energía Renovable de China, el secretario general Wu Dacheng, señaló en la reunión que la nueva capacitación del personal de energía debe fortalecer la educación básica de talentos universales, la introducción razonable de maestros, fortalecer los intercambios y la educación conjunta.

El trasfondo de la especialidad de materiales y dispositivos de nuevas energías en diferentes universidades es muy diferente, por lo que los cursos también tienen sus propias características. Tomando como ejemplo la Universidad de Energía Eléctrica del Norte de China, su plan de estudios presenta una fuerte combinación de disciplinas e intersecciones. El profesor Li Meicheng dijo que la mayor parte de los materiales y dispositivos de nueva energía involucra los siguientes tres aspectos: el mecanismo físico y químico es la base, el material es el cuerpo principal y el dispositivo es el rendimiento del material. Los colegios y universidades deben combinar sus propias características profesionales y hacer las tres orgánicamente a través de un plan de estudios razonable.

Platos principales :(información completa de cada escuela)

Física del estado sólido, química física, química y física de materiales, energía, electroquímica, tecnología de suministro de energía, física y dispositivos de semiconductores, materiales de almacenamiento de energía y tecnología de preparación, análisis de materiales y métodos de prueba, transformación y aplicación de energía, el principio de tecnología avanzada de ahorro de energía y tecnología, células solares, principio y tecnología de baterías de iones de litio, diseño de integración de sistemas de energía, la nueva tendencia mundial de desarrollo de energía de la serie de conferencias, etc.

Y la nueva ciencia de la energía y la gran diferencia de ingeniería.

Ambas especializaciones pertenecen a la categoría de ingeniería, pero los materiales y dispositivos de nuevas energías pertenecen a la categoría de materiales, y la ciencia e ingeniería de nuevas energías pertenecen a la categoría de potencia energética. La ciencia e ingeniería de las nuevas energías está orientada a la industria de las nuevas energías, con una fuerte interdisciplinariedad y una gran amplitud profesional. La base de la disciplina proviene de múltiples ciencias e ingenierías, y está estrechamente relacionada con la física, la química, los materiales, la maquinaria, la electrónica, la información, el software, la economía y muchas otras carreras. De acuerdo con las necesidades sociales y su propia acumulación profesional, los colegios y universidades han establecido sus propias características de nuevas ciencias de la energía e ingeniería, los objetivos de capacitación, la configuración del plan de estudios, la dirección principal, etc., son bastante diferentes.