新エネルギー材料・デバイスとは？

いわゆる新エネルギーとは、石炭、石油、天然ガス、大中規模の水力発電などの従来のエネルギーとは異なり、大規模な利用が行われておらず、研究開発が活発に行われているエネルギーを指します。たとえば、太陽エネルギー、風力エネルギー、近代的なバイオマス エネルギー、地熱エネルギー、海洋エネルギー、水素エネルギーはすべて新しいエネルギー源です。新エネルギー材料は、これらの新エネルギー源の変換と利用を実現し、新エネルギー技術を開発するプロセスで使用される主要な材料です。

現在、より研究され、比較的成熟した新エネルギー材料は、主に太陽電池材料、動力電池材料、燃料電池材料、バイオマスエネルギー材料、風力エネルギー材料、スーパーキャパシタ、原子力エネルギー材料などです。

新エネルギー材料・デバイス専攻は、新エネルギー変換利用のキーマテリアルとデバイス設計・製造の研究開発を専攻しています。この専攻は、2010 年に教育部が追加した国家戦略的新興産業に関連する専攻の最初のバッチの 1 つであり、工学の材料カテゴリで最も若い専攻の 1 つです。

Li Meicheng教授は、新エネルギー材料とデバイスの主要な意味は、新エネルギー材料とデバイスの統合にあると述べました。合金材料などの従来の材料とは異なり、新エネルギー材料は単純な材料ではなく、構造的および機能的な特性を備えています。たとえば、ソーラーパネルのコア材料は単純なシリコンではなく、特定の構造（PN接合など）を形成することで、光電変換機能を実現できます。そのため、新エネルギー材料・デバイスの研究は、材料や部品だけでなく、両者を組み合わせる研究でもあります。つまり、新エネルギー材料とデバイスの間の断層線をいかに突破するかに主眼が置かれています。

例えば、パワーバッテリー技術が急速に進化している電気自動車を考えてみましょう。たとえば、チタン酸リチウム負極電池は、高速充電性能、長寿命、高い安全性などの利点があります。欠点は、エネルギー密度が低く、価格が高く、バスでの使用に適しています。しかし、最近、カーボンネガティブ急速充電バッテリーが急速な進歩を遂げており、その高エネルギー密度と低コストは、チタン酸リチウムネガティブバッテリーに取って代わることが期待されています。どんな電池でも材料と装置は切り離すことができず、最終的な材料を電池にする必要があります。もちろん、これは新エネルギー材料やデバイスの研究分野のほんの一部にすぎません。

新エネルギー材料・デバイスの研究分野は？

Li Meicheng教授は、新エネルギー材料およびデバイスの主要な現在の活発な研究分野は次のとおりであると述べました。

まず、エネルギー変換のプロセス。たとえば、光エネルギーから電気、光エネルギーから熱、光エネルギーから化学エネルギー、風力エネルギーから電気、バイオマスエネルギーから電気などです。たとえば、太陽電池は光エネルギーを電気に変換し、人工光合成は光エネルギーを化学エネルギーに変換します。

第二に、エネルギーの獲得と貯蔵。 2016 年 11 月、李克強首相は国家エネルギー委員会の会議を主宰し、第 13 次 5 カ年エネルギー開発計画を審議し、承認した。李氏は、再生可能エネルギーの開発と利用、特にグリッド技術とエネルギー貯蔵の新エネルギー、マイクロネットワーク技術のブレークスルー、包括的な構築「インターネット +」知恵エネルギー、電力システム調整能力の向上、新エネルギーの与えられた能力の向上に焦点を当てることを提案しました。 、最先端の高効率・省エネルギー技術を開発し、エネルギー競争で科学技術の頂点を極めます。 2016年、国家エネルギー局は、全国で初めて大規模な化学エネルギー貯蔵実証プロジェクトの建設を承認し、大容量ウルトラキャパシタのエネルギー貯蔵技術の具体的な革新目標も提案しました。エネルギー貯蔵技術は、今後 5 年間の重要な研究分野の 1 つになるでしょう。また、風車羽根車の表面コーティング（防食等）、燃料電池等は新エネルギー材料・デバイスの研究分野です。

統合エネルギー システムのセンサー。これは、リー教授が最近、新しいエネルギー材料とデバイスを広く使用できることに気付いたもう 1 つの分野です。電力システムの改革が継続的に深化する背景の下で、従来の電力網の変革と統合エネルギーシステムの構築が一般的な傾向となっていますが、依然として重要なノードやスイッチへの切り替えが不足しています。互いに通信します。エネルギー システムに接続されたエネルギーの複雑さが増しているため、インテリジェントな展開が必要です。しかし、現在のグリッドには、エネルギーを迅速かつ正確に展開するための「目」と「耳」が欠けています。この「目」と「耳」のセンサーこそが、新エネルギー材料・デバイスの専門職の出番です。新エネルギー材料の使用は、大きなイノベーションにつながる可能性があります。

新エネルギー材料・デバイスは？

2012 年 7 月、華北電力大学は、新エネルギー材料とデバイスの構築に関する第 3 回全国シンポジウムを主催しました。このイベントには、30 を超える大学の新エネルギー材料およびデバイスの校長、新エネルギー企業および業界団体の代表者、新エネルギー出版部門を含む 70 人以上が参加しました。清華大学の学者である Ni Weidou 氏は、新エネルギー分野における開発と人材の需要について語っています。彼は、新エネルギー産業の発展は現実的な道を歩むべきであり、新エネルギーを専門とする大学は独自の特性に基づいて、開発のボトルネックを克服し、新エネルギーの建設に貢献すべきであると指摘した。中国再生可能エネルギー協会の太陽光発電委員会の副主任、事務局長の呉大成氏は会議で、新エネルギーの人材育成は普遍的な才能の基礎教育を強化し、教師の合理的な導入、交流と共同教育を強化する必要があると指摘した。

各大学で専攻する新エネルギー材料・デバイスの背景は大きく異なり、コースにも特徴があります。華北電力大学を例にとると、そのカリキュラムは分野と交差点の強力な組み合わせを特徴としています。 Li Meicheng 教授は、新エネルギー材料とデバイスの主要分野には、物理​​的および化学的メカニズムが基礎であり、材料が本体であり、デバイスが材料の性能であるという 3 つの側面が関係していると述べました。専門学校と大学はそれぞれの専門的特性を組み合わせ、合理的なカリキュラム設定を通じて有機的に 3 つを作る必要があります。

主なコース :(各学校の総合情報)

固体物理学、物理化学、材料化学および物理学、エネルギー、電気化学、電源技術、半導体物理およびデバイス、エネルギー貯蔵材料および調製技術、材料分析および試験方法、エネルギー変換および応用、高度な省エネ技術の原理および技術、太陽電池、リチウムイオン電池の原理と技術、エネルギーシステム統合設計、講義シリーズの世界の新エネルギー開発動向など。

そして新エネルギー科学と工学の大きな違い

専攻はいずれも工学系ですが、新エネルギー材料・デバイスは材料系、新エネルギー理工学系はエネルギー動力系です。新エネルギー科学と工学は、強力な学際的で大きな専門範囲を持つ、新エネルギー産業に向けられています。学問分野の基盤は、複数の科学と工学に由来し、物理学、化学、材料、機械、電子、情報、ソフトウェア、経済、およびその他の多くの専攻と密接に関連しています。社会的ニーズと自らの専門的蓄積に応じて、大学は新エネルギー理工学専攻の独自の特徴を設定し、トレーニングの目的、カリキュラムの設定、専攻の方向性などはかなり異なります。