粉末冶金技術(shù)在新能源材料中的應(yīng)用

廖鳴廣

（河鋼唐鋼行政福利處，河北 唐山 063000）

一、引言

在我國(guó)，粉末冶金技術(shù)本身具有一段研究時(shí)間，在古代，人們就已經(jīng)掌握了冶煉生鐵對(duì)應(yīng)的技術(shù)。在18世紀(jì)的歐洲，粉末冶金技術(shù)主要是應(yīng)用早鉑金的制造過(guò)程中，從而讓粉末冶金技術(shù)得到持續(xù)的推廣。隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，粉末冶金技術(shù)也得到持續(xù)的提升，同時(shí)，伴隨著新型材料的不斷出現(xiàn)，在當(dāng)前的材料領(lǐng)域之中，粉末冶金就成為不可或缺的技術(shù)。

二、新能源材料行業(yè)概述

（一）我國(guó)現(xiàn)階段能源情況簡(jiǎn)介

人類的生存與發(fā)展都離不開能源，我國(guó)也是一個(gè)耗能大國(guó)，根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)每年消耗能源的總量排在了世界前三位，所以唯有足夠的能源才能維持社會(huì)的穩(wěn)定發(fā)展。但是目前來(lái)說(shuō)，很多的能源都是不可再生資源，比如石油、天然氣、煤炭等，而且伴隨著它們的利用會(huì)帶來(lái)一系列的環(huán)境污染，因此我們迫切需要開發(fā)新能源。中國(guó)目前的能源構(gòu)成主要分為三種：第一種是煤炭，占比約1/3；其次是石油，占比約1/5；第三種是其他的資源，且大部分來(lái)自水力發(fā)電等。我國(guó)消耗能源的速率遠(yuǎn)超很多發(fā)達(dá)國(guó)家，比如美國(guó)消耗地煤炭只占能源消耗的1/10左右，而歐洲國(guó)家更少，只占5%。相比之下不難看出，我國(guó)是一個(gè)以煤炭為主的能源大國(guó)，其燃煤產(chǎn)生的污染物如硫化物、硫酸鹽、氮氧化物等，都是污染環(huán)境以及影響人類生活的污染來(lái)源，還有大量的煤渣以及固體廢棄物等，其處理成本較高，而且對(duì)生態(tài)環(huán)境也造成了極大的破壞。因此，新能源材料的開發(fā)利用已是迫在眉睫的問(wèn)題。

（二）新能源材料的定義

新能源材料是指能實(shí)現(xiàn)新能源的轉(zhuǎn)化和利用以及發(fā)展新能源技術(shù)所需的關(guān)鍵材料。新能源材料是實(shí)現(xiàn)新能源生產(chǎn)利用的關(guān)鍵基礎(chǔ)，這里，我們主要根據(jù)新能源材料的具體應(yīng)用新能源領(lǐng)域進(jìn)行分類，包括太陽(yáng)能、風(fēng)能、核能、氫能、生物質(zhì)能材料等等。其中，太陽(yáng)能是最豐富的可再生資源，取之不盡用之不竭。模仿自然界中綠色植物光合作用過(guò)程將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能形式儲(chǔ)存，又稱為“人工光合作用”。利用水將太陽(yáng)能儲(chǔ)存下來(lái)尤其成為許多科學(xué)家長(zhǎng)期追求的夢(mèng)想，這涉及到兩個(gè)重要的因素：一是太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)水分解產(chǎn)氫，氫氣燃燒釋放能量過(guò)程只生成水，是一種環(huán)境友好的清潔能源。二是氫氣具有高的能量密度，是一種高效儲(chǔ)能形式。在能源供需矛盾日益凸顯，環(huán)境危機(jī)日益加劇的今天，研究高效光催化水分解制氫材料具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

三、粉末冶金技術(shù)在新能源材料中的應(yīng)用

（一）在太陽(yáng)能材料中的有效應(yīng)用

太陽(yáng)能是現(xiàn)代新型能源中最常見的一種優(yōu)質(zhì)能源，清潔、干凈、無(wú)污染等是其突出特點(diǎn)，在太陽(yáng)能發(fā)熱，太陽(yáng)能發(fā)電等項(xiàng)目中得到廣泛使用。這也是目前太陽(yáng)能有效開發(fā)并發(fā)展壯大的兩大領(lǐng)域，其一叫做“光伏太陽(yáng)能”，其二叫做“熱電太陽(yáng)能”?；诠夥?yáng)能領(lǐng)域，主要部件是光伏電池，依賴光伏效應(yīng)促進(jìn)太陽(yáng)能有效轉(zhuǎn)化為電能。太陽(yáng)能光伏轉(zhuǎn)換效率就目前來(lái)說(shuō)還比較偏低，這也阻礙了航空航天工業(yè)的發(fā)展。在粉末冶金技術(shù)的有效應(yīng)用中，能進(jìn)行薄膜太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)，并且還能顯著提升光電轉(zhuǎn)換率。吸收板的生產(chǎn)與粉末冶金技術(shù)密切相關(guān)，粉末冶金技術(shù)主要用于發(fā)揮粉末對(duì)顏料和粘合劑的作用。

（二）在風(fēng)能材料中的應(yīng)用

風(fēng)能是我國(guó)新能源之一，應(yīng)用范圍極廣，遍布我們生活和工業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域，屬資源豐富的綠色能源。而粉末冶金技術(shù)在風(fēng)能材料中的實(shí)踐應(yīng)用，主要是制作風(fēng)能發(fā)電材料，實(shí)現(xiàn)永磁釹鐵硼材料與風(fēng)電機(jī)組材料的生產(chǎn)。這兩種材料的生產(chǎn)對(duì)風(fēng)力發(fā)電運(yùn)行設(shè)備的安全性、可靠性起到非常關(guān)鍵的作用，直接對(duì)發(fā)電效率產(chǎn)生影響。在風(fēng)能發(fā)電機(jī)生產(chǎn)中，采用的是銅基粉末冶金技術(shù)，針對(duì)發(fā)電機(jī)制動(dòng)片的摩擦系數(shù)和磨損率進(jìn)行相應(yīng)要求的生產(chǎn)，其運(yùn)用銅基粉末冶金技術(shù)生產(chǎn)的制動(dòng)片，導(dǎo)熱性能高，摩擦系數(shù)小，這些優(yōu)點(diǎn)能夠使設(shè)備在惡劣的溫度環(huán)境下也能進(jìn)行有效地使用。永磁釹鐵硼材料的使用，將新型的永磁材料替代了傳統(tǒng)的永磁材料，其材料的制作就是運(yùn)用加入稀土粉的粉末冶金工藝制成的。

（三）在儲(chǔ)氫材料中的運(yùn)用

氫是一種典型的低碳、零碳、清潔能源。對(duì)于氫能系統(tǒng)而言，儲(chǔ)氫是關(guān)鍵點(diǎn)?；趦?chǔ)氫方法，儲(chǔ)氫和運(yùn)輸可分為氣體儲(chǔ)氫技術(shù)（壓縮氫，并將其存放于高壓容器中）、液態(tài)氫儲(chǔ)存技術(shù)（液化氫氣，將其存儲(chǔ)在隔熱容器中）、固體儲(chǔ)氫技術(shù)（固體儲(chǔ)氫方法，采取物理或化學(xué)的方法儲(chǔ)存氫和儲(chǔ)氫材料）。20世紀(jì)60年代，存儲(chǔ)氫的金屬和合金已被發(fā)現(xiàn)，被稱之為儲(chǔ)氫合金，擁有較強(qiáng)的捕獲氫的能力，能夠在一定的壓力、熱度的基礎(chǔ)上把氫分子分解成合金中的單個(gè)原子。這些氫原子進(jìn)入“開槽銷”中的合金原子間的縫隙，并產(chǎn)生一定的化學(xué)反應(yīng)，形成金屬氫化物。外觀是氫的大量“吸收”，并且能夠釋放出大規(guī)模的熱量。加熱這些金屬氫化物時(shí)，其再次被分解，且氫原子能夠結(jié)合形成氫分子，這些過(guò)程中均伴有較強(qiáng)的吸熱效應(yīng)。無(wú)需過(guò)于關(guān)注儲(chǔ)氫合金的金屬原子之間的間隙，然而氫儲(chǔ)存能力明顯高于氫氣瓶，因其像海綿一樣能夠完全將氣缸中的氫氣排出。儲(chǔ)氫合金屬于一種最便捷、最理想的儲(chǔ)氫方法。

結(jié)束語(yǔ)

粉末冶金技術(shù)在新能源材料的開發(fā)應(yīng)用中，具有極大的發(fā)展?jié)摿?。粉末冶金技術(shù)的突出優(yōu)勢(shì)和創(chuàng)造性，占據(jù)了新能源材料發(fā)展和應(yīng)用的核心地位。在新能源開發(fā)中，粉末冶金技術(shù)的工藝具有較高的經(jīng)濟(jì)性，并且也大大地提高了生產(chǎn)效率。大力發(fā)展粉末冶金技術(shù)，使之在新能源開發(fā)應(yīng)用領(lǐng)域中不斷拓展，發(fā)揮其在新能源可持續(xù)發(fā)展中的保障作用。