新能源材料与器件

最近大家可能都被董明珠投资新能源公司的新闻“刷屏”了。公司的核心技术是“钛酸锂电池”，电池技术是决定电动车成败的重要因素。这是新能源材料和器件的一个很好的例子。

所谓新能源，是指不同于煤炭、石油、天然气、大中型水电等常规能源，但尚未大规模使用，正在积极研发的能源。比如太阳能、风能、现代生物质能、地热能、海洋能、氢能都是新能源。而新能源材料是实现这些新能源的转化利用和发展新能源技术过程中使用的关键材料。

目前比较成熟的新能源材料主要有太阳能电池材料、动力电池材料、燃料电池材料、生物质能材料、风能材料、超级电容器、核能材料等。

新能源材料与器件专业是研究开发新能源转化利用的关键材料及其器件的设计与制造的专业。该专业是教育部2010年新增的首批国家战略性新兴产业相关专业，是工程材料专业中最年轻的专业之一。

李美成教授表示，新能源材料与器件专业的内涵在于新能源材料与器件的集成。与传统材料不同，新能源材料不是简单的材料，而是具有结构和功能特性。和太阳能电池板的核心材料一样，不是纯硅，而是某种可以实现光电转换的结构。因此，新能源材料和器件的研究不仅仅是关于材料或成分，更是关于两者的结合。也就是说，主要研究集中在如何突破新能源材料与器件之间的断层。

以电动汽车为例。动力电池技术的发展日新月异。比如钛酸锂负极电池，它的优点是充电性能快，寿命长，安全性高，但缺点是能量密度低，价格高，所以适用于公交车。但最近碳阳极快充电池进展很快，能量密度高，成本低，有望取代钛酸锂阳极电池。不管是哪种电池，它的材料和器件都是密不可分的，最终都要把材料做成电池。当然，这只是新能源材料与器件研究领域的一小部分内容。

李美成教授表示，新能源材料与器件专业目前活跃的研究领域有:

第一，能量转换的过程。比如光能转化为电能，光能转化为热能，光能转化为化学能，风能转化为电能，生物质能转化为电能等等。比如太阳能电池把光能转化为电能，人工光合作用把光能转化为化学能。

第二，能量的捕获和储存。2016年11月，李克强总理主持召开国家能源委员会会议，审议通过了《能源发展“十三五”规划》。李克强提出，要集中力量开发利用可再生能源，特别是突破新能源并网技术、储能和微网技术，全面建设“互联网+”智慧能源，提高电网系统调控能力，增加新能源消纳能力，发展先进高效节能技术，抢占能源科技竞争制高点。2016年，国家能源局在全国范围内首次批准建设国家级大型化学储能示范工程，也对大容量超级电容器储能技术提出了具体的创新目标。储能技术将是未来五年的研究重点之一。此外，风力涡轮机叶轮、燃料电池等的表面涂层。都是新能源材料和器件的研究领域。

三。综合能源系统中的传感器。这是李美成教授最近意识到新能源材料和器件可以广泛应用的另一个领域。在电力体制改革不断深化的背景下，改造传统电网，建设综合能源体系是大势所趋，但关键节点，或者说互通开关，仍然缺乏。能源系统接入的能源越来越复杂，需要智能分配。然而，目前的电网仍然缺乏“眼睛”和“耳朵”，无法快速准确地分配能量。这些“眼睛”和“耳朵”，也就是传感器，恰恰是新能源材料和器件的特长所在。有可能某一种新能源材料的应用会引发一场巨大的革新。

2012年7月，华北电力大学主办了第三届全国新能源材料与器件建设研讨会。来自全国30余所高校的新能源材料与器件专业负责人、新能源企业和行业协会代表、新能源出版单位代表等70余人参加了会议。倪院士就新能源发展与人才需求发表演讲。他指出，发展新能源产业要脚踏实地，专门从事新能源的高校要立足自身特色，克服发展瓶颈，为新能源建设贡献力量。中国可再生能源学会光伏专委会副主任兼秘书长吴大成在会上指出，新能源人才培养要加强通才基础教育，合理引进师资，加强交流，联合办学。

各高校新能源材料与器件专业背景差异很大，课程也各有特色。以华北电力大学为例，其课程设置具有复合型、跨专业强的特点。李美成教授表示，新能源材料与器件专业涉及以下三个方面:物理化学机理是基础，材料是主体，器件是材料的性能体现。高校要结合自身专业特点，通过合理的课程设置，将二者有机结合。

主要课程:

固体物理、物理化学、材料化学与物理、能源电化学、电源技术、半导体物理与器件、储能材料与制备技术、材料分析与测试方法、能量转换与应用、先进节能技术、太阳能电池原理与技术、锂离子电池原理与技术、能源系统集成设计、世界新能源发展形势系列讲座等。

这两个专业属于工科类，但是新能源材料与器件专业属于材料类，新能源科学与工程属于能源动力类。新能源科学与工程面向新能源行业，跨学科性强，专业跨度广。学科基础来源于许多理工科学科，与物理、化学、材料、机械、电子、信息、软件、经济学等许多专业密切相关。各高校根据社会需求和自身已有的专业积累，开设了各自的新能源科学与工程专业，在培养目标、课程设置、专业方向等方面都有较大差异。详见新能源新动力。