Que sont les nouveaux matériaux et dispositifs énergétiques ?

La soi-disant nouvelle énergie fait référence à l'énergie qui n'a pas été utilisée à grande échelle et qui fait l'objet d'une recherche et d'un développement actifs, qui est différente de l'énergie conventionnelle comme le charbon, le pétrole, le gaz naturel et les grandes et moyennes centrales hydroélectriques. Par exemple, l'énergie solaire, l'énergie éolienne, l'énergie moderne de la biomasse, l'énergie géothermique, l'énergie des océans et l'énergie hydrogène sont toutes de nouvelles sources d'énergie. Les nouveaux matériaux énergétiques sont les matériaux clés utilisés dans le processus de réalisation de la transformation et de l'utilisation de ces nouvelles sources d'énergie et du développement de nouvelles technologies énergétiques.

À l'heure actuelle, les nouveaux matériaux énergétiques les plus étudiés et relativement matures sont principalement les matériaux de cellules solaires, les matériaux de batteries de puissance, les matériaux de piles à combustible, les matériaux d'énergie biomasse, les matériaux d'énergie éolienne, les supercondensateurs, les matériaux d'énergie nucléaire, etc.

La majeure des nouveaux matériaux et dispositifs énergétiques est la majeure de la recherche et du développement de matériaux clés et de la conception et de la fabrication de dispositifs de conversion et d'utilisation de nouvelles énergies. Cette majeure est l'une des premières majeures liées aux industries émergentes stratégiques nationales ajoutées par le ministère de l'Éducation en 2010, et c'est l'une des plus jeunes majeures dans la catégorie des matériaux d'ingénierie.

Le professeur Li Meicheng a déclaré que la connotation de la majeure des nouveaux matériaux et dispositifs énergétiques réside dans l'intégration de nouveaux matériaux et dispositifs énergétiques. Différent des matériaux traditionnels, tels que les alliages, les nouveaux matériaux énergétiques ne sont pas de simples matériaux, mais ont des propriétés structurelles et fonctionnelles. Par exemple, le matériau de base des panneaux solaires n'est pas du silicium simple, mais pour former une certaine structure (comme la jonction PN), et peut réaliser une fonction de conversion photoélectrique. Par conséquent, la recherche de nouveaux matériaux et dispositifs énergétiques n'est pas seulement des matériaux ou des composants, mais de combiner les deux. En d'autres termes, la majeure se concentre sur la manière de percer les lignes de faille entre les nouveaux matériaux et dispositifs énergétiques.

Prenez les voitures électriques, par exemple, où la technologie des batteries de puissance évolue rapidement. Par exemple, la batterie négative au titanate de lithium présente les avantages d'une performance de charge rapide, d'une longue durée de vie, d'une sécurité élevée, etc., l'inconvénient est une faible densité d'énergie, un prix élevé, adapté à une utilisation en bus. Cependant, récemment, la batterie à charge rapide négative en carbone a fait des progrès rapides, et sa densité d'énergie élevée et son faible coût devraient remplacer la batterie négative au titanate de lithium. Quel que soit le type de batterie, ses matériaux et dispositifs sont indissociables, et le matériau final doit être transformé en batterie. Bien sûr, ce n'est qu'une petite partie du domaine de recherche des nouveaux matériaux et dispositifs énergétiques.

Quels sont les domaines de recherche des nouveaux matériaux et dispositifs énergétiques ?

Le professeur Li Meicheng a déclaré que les principaux domaines de recherche actifs actuels sur les nouveaux matériaux et dispositifs énergétiques sont :

Tout d'abord, le processus de conversion d'énergie. Par exemple, l'énergie lumineuse en électricité, l'énergie lumineuse en chaleur, l'énergie lumineuse en énergie chimique, l'énergie éolienne en électricité, l'énergie de la biomasse en électricité, etc. Par exemple, les cellules solaires convertissent l'énergie lumineuse en électricité et la photosynthèse artificielle convertit l'énergie lumineuse en énergie chimique.

Deuxièmement, le captage et le stockage de l'énergie. En novembre 2016, le Premier ministre Li Keqiang a présidé une réunion de la Commission nationale de l'énergie, qui a délibéré et approuvé le 13e plan quinquennal de développement énergétique. Li a suggéré de se concentrer sur le développement et l'utilisation des énergies renouvelables, en particulier la nouvelle énergie sur la technologie du réseau et le stockage de l'énergie, la percée de la technologie des micro-réseaux, l'énergie de sagesse de la construction complète "Internet +", l'amélioration de la capacité d'ajustement du système électrique, l'augmentation de la nouvelle capacité énergétique donnée , développer une technologie avancée à haut rendement et à économie d'énergie et une concurrence énergétique aux sommets de la science et de la technologie. En 2016, l'Administration nationale de l'énergie a approuvé la construction du projet national de démonstration de stockage d'énergie chimique à grande échelle pour la première fois à l'échelle nationale, et a également proposé des objectifs d'innovation spécifiques pour la technologie de stockage d'énergie des supercondensateurs de grande capacité. La technologie de stockage de l'énergie sera l'un des principaux domaines de recherche des cinq prochaines années. De plus, le revêtement de surface des turbines d'éoliennes (anticorrosion et autres propriétés), les piles à combustible, etc., sont de nouveaux domaines de recherche sur les matériaux et dispositifs énergétiques.

Capteurs dans les systèmes énergétiques intégrés. C'est un autre domaine dans lequel le professeur Li a récemment réalisé que les nouveaux matériaux et dispositifs énergétiques peuvent être largement utilisés. Dans le contexte de l'approfondissement continu de la réforme du système d'alimentation électrique, la transformation du réseau électrique traditionnel et la construction du système énergétique intégré ont été la tendance générale, mais il manque encore des nœuds clés, ou des commutateurs vers communiquer entre eux. La complexité croissante de l'énergie connectée au système énergétique nécessite un déploiement intelligent. Le réseau actuel manque cependant d'"yeux" et d'"oreilles" pour déployer l'énergie rapidement et avec précision. Ces « yeux » et « oreilles », capteurs, sont exactement là où le métier des nouveaux matériaux et dispositifs énergétiques entre en jeu. Il est probable que l'utilisation d'un nouveau matériau énergétique conduira à une grande innovation.

Qu'en est-il des nouveaux matériaux et dispositifs énergétiques ?

En juillet 2012, la North China Electric Power University a accueilli le troisième symposium national sur la construction de nouveaux matériaux et dispositifs énergétiques. Plus de 70 personnes ont participé à l'événement, y compris des directeurs de nouveaux matériaux et dispositifs énergétiques de plus de 30 universités, des représentants d'entreprises et d'associations industrielles de nouvelles énergies, et des unités d'édition de nouvelles énergies. Ni Weidou, académicien de l'Université Tsinghua, parle du développement et de la demande de talents dans le domaine des nouvelles énergies. Il a souligné que le développement de l'industrie des nouvelles énergies devrait suivre une voie pratique et que les collèges et universités spécialisés dans les nouvelles énergies devraient se baser sur leurs propres caractéristiques, surmonter le goulot d'étranglement du développement et contribuer à la construction de nouvelles énergies. Le directeur adjoint du comité photovoltaïque de l'Association chinoise des énergies renouvelables, le secrétaire général Wu Dacheng, a souligné lors de la réunion que la nouvelle formation du personnel énergétique devrait renforcer l'éducation de base des talents universels, l'introduction raisonnable des enseignants, renforcer les échanges et l'éducation conjointe.

Le contexte des nouveaux matériaux et dispositifs énergétiques majeurs dans différentes universités est très différent, de sorte que les cours ont également leurs propres caractéristiques. Prenant l'exemple de la North China Electric Power University, son programme d'études présente une forte combinaison de disciplines et d'intersections. Le professeur Li Meicheng a déclaré que la majeure des nouveaux matériaux et dispositifs énergétiques implique les trois aspects suivants : le mécanisme physique et chimique est la base, le matériau est le corps principal et le dispositif est la performance du matériau. Les collèges et les universités devraient combiner leurs propres caractéristiques professionnelles et créer les trois de manière organique grâce à un programme d'études raisonnable.

Cours principaux : (informations complètes de chaque école)

Physique de l'état solide, chimie physique, chimie et physique des matériaux, énergie, électrochimie, technologie d'alimentation électrique, physique et dispositifs des semi-conducteurs, matériaux de stockage d'énergie et technologie de préparation, analyse des matériaux et méthodes d'essai, transformation et application de l'énergie, principe avancé de la technologie d'économie d'énergie et technologie, cellules solaires, principe et technologie de la batterie lithium-ion, conception de l'intégration du système énergétique, nouvelle tendance mondiale en matière de développement énergétique des séries de conférences, etc.

Et la nouvelle différence majeure entre la science et l'ingénierie de l'énergie

Les deux majeures appartiennent à la catégorie de l'ingénierie, mais les nouveaux matériaux et dispositifs énergétiques appartiennent à la catégorie des matériaux, et la science et l'ingénierie des nouvelles énergies appartiennent à la catégorie de la puissance énergétique. La science et l'ingénierie des nouvelles énergies sont orientées vers l'industrie des nouvelles énergies, avec une forte interdisciplinarité et une grande portée professionnelle. La base de la discipline provient de plusieurs sciences et de l'ingénierie et est étroitement liée à la physique, à la chimie, aux matériaux, aux machines, à l'électronique, à l'information, aux logiciels, à l'économie et à de nombreuses autres disciplines. Selon les besoins sociaux et leur propre accumulation professionnelle, les collèges et les universités ont mis en place leurs propres caractéristiques de la science et de l'ingénierie des nouvelles énergies, les objectifs de formation, les paramètres du programme, la direction principale, etc. sont assez différents.