专业解读之（32）:工学类——新能源质料与器件

信息来自阳光高考平台新能源质料与器件：破解能源危机与情况问题的金钥匙 阳光高考原创稿件 作者：姜殿军 人类的运动、经济的生长都离不开能源。我们对能源的需求远远凌驾以往时代，而且还在连续快速增长。

石油、煤炭等化石燃料都是不行再生的，而且过分开发使用发生了当前的情况污染问题。据某些科学家预计，地球上现存的化石能源很快就会消耗殆尽。“能源危机” 是人类当前面临的最大挑战，而新能源质料与器件就是破解“能源危机与情况问题”的一把金钥匙。

我们采访了华北电力大学可再生能源学院副院长李美成教授，请他领导大家探索新能源质料与器件专业的来龙去脉。一、专业剖析新能源质料与器件是什么？大家最近可能都被董明珠投资某新能源公司的消息“刷屏”了。该公司的焦点技术是“钛酸锂负极电池”，而电池技术是决议电动车成败的重要因素。

这是新能源质料与器件的一个好例子。所谓新能源，是指区别于煤、石油、天然气以及大中型水电等通例能源，尚未大规模使用、正在努力研究开发的能源。好比，太阳能、风能、现代生物质能、地热能、海洋能以及氢能等都属于新能源。而新能源质料就是实现这些新能源转化和使用以及生长新能源技术历程中所使用的关键质料。

现在，研究得较多的、相对成熟的新能源质料主要是太阳能电池质料、动力电池质料、燃料电池质料、生物质能质料、风能质料、超级电容器、核能质料等。新能源质料与器件专业就是研究开发新能源转化、使用的关键质料及其器件设计、制造的专业。这个专业是教育部2010年首批增设的国家战略性新兴工业相关专业，是工学门类质料类中最年轻的专业之一。

李美成教授说，新能源质料与器件专业的内在就在于新能源质料与器件的一体化。与传统的质料（如合金质料）差别，新能源质料不是简朴的质料，而是有结构和功效特性的。像太阳能电池板的焦点质料，不是单纯的硅，而是要形成一定的结构（如PN结等），并能实现光电转化功效。

因此，新能源质料与器件研究的不仅是质料或元器件，而是要把两者联合起来。也就是说，该专业研究的重点是如何买通新能源质料和器件之间的断层。还拿电动汽车做例子，动力电池技术的生长可谓日新月异。

好比，钛酸锂负极电池具有快充性能、长寿命、高宁静性等优点，缺点是能量密度低、价钱高，适用于公交车使用。可是，迩来碳负极的快充电池进步很快，其能量密度高、成本低，有望替代钛酸锂负极电池。无论是哪种电池，其质料和器件都是密不行分的，最终都要把质料做成电池。

固然，这只是新能源质料与器件研究领域中的一小块内容。新能源质料与器件研究的领域有哪些？李美成教授说，新能源质料与器件专业现在比力活跃的研究领域有：一、能量的转换历程。好比，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。好比，太阳能电池就是把光能转化为电能，人工光互助用是把光能转化为化学能。

二、能量的捕捉与存储。2016年11月，李克强总理主持召开国家能源委员会集会，审议通过了《能源生长“十三五”计划》。李克强提出，要集中气力在可再生能源开发使用，特别是新能源并网技术和储能、微网技术上取得突破，全面建设“互联网+”智慧能源，提升电网系统调治能力，增加新能源消纳能力，生长先进高效节能技术，抢占能源科技竞争制高点。

2016年，国家能源局在全国规模内首次批准建设国家级大型化学储能示范项目，还针对大容量超级电容储能技术等提出了详细的创新目的。储能技术将是未来五年研究的重点之一。

另外，风力发电机叶轮的外貌涂层（具有防腐等性能）、燃料电池等，都是新能源质料与器件研究的领域。三、综合能源系统中的传感器。这是李美成教授最近认识到新能源质料与器件能够广泛应用的另一个领域。在电力体制革新连续深化的配景下，传统电网的革新、综合能源系统的建设已是局势所趋，但其中还缺少关键的节点，或者说互通的开关。

接入能源系统的能源越来越庞大，这就需要举行智能调配。而现在的电网，还缺少“眼睛”和“耳朵”，无法迅速、准确地调配能量。这些“眼睛”和“耳朵”，即传感器，恰恰是新能源质料与器件专业的用武之地。

很可能某一种新能源质料的运用，就会引发一场庞大的革新。新能源质料与器件学什么？2012年7月，华北电力大学主办了全国新能源质料与器件专业建设第三次研讨会。

全国三十多所高校新能源质料与器件专业的卖力人、新能源企业和行业协会代表、新能源出书单元等，共70余人到场。清华大学倪维斗院士对新能源领域的生长和人才需求揭晓讲话。

他指出，新能源行业生长要走踏实之路，新能源专业的院校要驻足自身特色，克服生长瓶颈，为新能源建设着力。中国可再生能源学会光伏专委会副主任、秘书长吴告竣在会中指出，新能源人才造就应增强普遍人才的基础教育、师资的合理引进、增强交流和团结办学。各高校新能源质料与器件专业的配景有很大差别，所以课程也各具特色。

以华北电力大学为例，其课程特色是复合型、专业交织性强。李美成教授说，新能源质料与器件专业涉及以下三个方面的内容：物理、化学机理是基础，质料是主体，器件是质料的性能体现。各高校应联合学校自身专业特色，通过合理的课程设置使三者有机联合。

主要课程设置：（综合各校情况）固体物理、物理化学、质料化学与物理、能源电化学、电源工艺学、半导体物理与器件、储能质料与制备技术、质料分析与测试方法、能量转换与应用、先进节能技术、太阳能电池原理与工艺、锂离子电池原理与工艺、能源系统的集成设计、世界新能源生长态势系列讲座等。与新能源科学与工程专业的区别这两个专业都属于工学门类，但新能源质料与器件专业属于质料类，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工业，其学科交织性强、专业跨度大，学科基础来自于多个理科和工科，与物理、化学、质料、机械、电子、信息、软件、经济等诸多专业密切相关。各高校凭据社会需求和自身已有专业积累，设立了各具特色的新能源科学与工程专业，造就目的、课程设置、专业偏向等都有较大差异。

详见《新能源 新动力》。二、专业与就业涉及领域广、新增就业岗位多阳光高考平台统计数据显示，停止2015年12月30日，新能源质料与器件专业全国普通高校结业生规模为600-700人，一连两年就业率在85%-90%。总体来看，该专业规模较小，就业率较高。合肥工业大学质料学院项宏发老师说，我国新能源质料与器件行业现在的生长势头良好，处于快速生长期。

我国锂电池工业近年来生长快速，特别是动力锂电池的生长充实联合国家战略需求，打破了日本一统天下的局势，成为世界第二生产大国。我国自主开发的钴镍锰酸锂成本仅为钴酸锂的一半，高温稳定性也大幅度改善，改性天然石墨球负极质料已研制开发并投入批量生产。

近年来，我国太阳能电池生长很快，纳晶太阳能电池质料研究取得了重要希望，其成本估算0.5-1$/pW。如果效率到达5%，性能价钱比将凌驾非晶硅，有很强的市场竞争能力，成为值得关注的新型太阳能电池。

2017年1月5日，国家能源局公布《能源生长“十三五”计划》和《可再生能源生长“十三五”计划》，要求“十三五”期间非化石能源消费比重提高到15%以上。到2020年，水电装机达3.8亿千瓦（含抽水蓄能电站0.4亿千瓦）、风电装机2.1亿千瓦以上、太阳能发电装机1.1亿千瓦以上、生物质能发电装机1500万千瓦、地热供暖使用总量达4200万吨尺度煤。可再生能源中就包罗风能、太阳能和生物质能等新能源。

该工业涉及领域广，可有力动员相关工业生长，可大幅增加新增就业岗位，也是实现脱贫攻坚的重要措施，对宏观经济生长发生努力影响，更是实现经济生长方式转变的重要推动力。2020 年，全国可再生能源部门就业人数凌驾 1300 万，其中“十三五”时期新增就业人数凌驾300万。在国家战略鼎力大举支持的配景下，新能源质料与器件专业结业生的生长前景十分辽阔。

本专业学生结业后能胜任新能源质料设计与制备、能源器件设计与制造以及新能源技术开发等方面的技术与治理事情，并能从事相关领域的技术开发和治理等专业技术事情，成为富有创新精神的高素质复合型人才。结业生适宜在新能源、新质料、新能源汽车、节能环保、高端装备制造等国家战略性新兴工业领域以及电力、航天航空、信息、交通等领域的研究机构、企事业单元从事研究、技术开发、工艺和器件设计及相关治理事情。新能源质料与器件专业结业生可谓是遇上了潮水，大有可为。

建议结业生继续深造以华北电力大学为例，该校新能源质料与器件专业每年只招收一个班。2015届结业生26人，其中出国3人，读研8人，就业15人，就业率96.15%，深造率42.31%。

2016届结业生27人，其中读研10人，就业17人，就业率96.3%，深造率37%。2017届结业生就业事情还在举行中，现在除了出国和考研的同学之外均已签约，就业形势连续向好。

详细的去向有电力系统、中电投、中能源、北京新能源公司等大型国企，另有民营的新能源公司等。李美成教授建议结业生能够继续深造，未来进入新能源的高端领域。这是个源头创新的行业，中国必将发生全球领先的企业，对高端人才的需求会十分旺盛。固然，该专业结业生也可以去新能源研究院等从事研究，或者选择出国。

该专业学生考研时，可以思量华北电力大学“可再生能源与清洁能源”博士学位授权点和硕士学位授权点，十分对口。另外，该专业学生考研时选择较多的专业另有动力工程、电气工程、电子科学与技术等。

三、报考指南2010年，教育部首批宣布同意设置该“国家战略性新兴工业”相关专业的高校有15所，其中包罗华北电力大学、华东理工大学、东南大学、中南大学、电子科技大学、四川大学等。后续逐渐增加，现在全国开设该专业的高校共38所（据阳光高考平台数据）。各校的专业特色十明白显。

例如，华北电力大学新能源质料与器件专业的特色是，不受传统配景影响，具有纯粹的新能源血统。该专业的师资团队也是一个亮点，老师们划分来自能源动力工程、电气工程、化学、物理、质料等差别学科，组成了复合式团队。该专业实行导师制，优秀的学生在本科阶段就能获得教授的亲自指导。

这个专业包罗太阳能电池质料与器件、锂离子电池质料与器件和燃料电池质料与器件专业偏向。2017年计划与新能源科学与工程专业放在一起，按大类招生。再如，合肥工业大学是第一批开设新能源质料与器件专业的11所高校之一。项宏发老师先容，该专业重点是研究与开发高性能新能源质料、技术和器件（如手机和条记本中使用的锂电池、电动汽车用动力电池、太阳能电池等），生长“新能源质料”（锂电池质料、燃料电池质料、太阳能电池质料和储能质料等），主要做的事情是上述新质料的开发和生产，以锂电池和太阳能电池为代表的相关器件的设计、制造与生产，面向通讯电子产物、电动汽车和电网储能等领域的设计与应用。

该校具有很强的工科配景，重视应用开发，与大中型企业都有良好的互助平台，这利于造就学生的应用能力。李美成教授建议，有志于学习新能源质料与器件专业的学生，可以从以下几个方面来选择大学。第一，大学的传统优势领域和行业配景。

同样开设该专业，差别大学依托的学科配景是纷歧样的。好比，中南大学该专业设在冶金科学与工程学院，有冶金配景；等等。第二，大学所在的地域。思量到离家远近、生活习惯、就业需求等因素，地域也是许多学生体贴的问题。

好比，北方的学生可以思量北京等地的大学，南方的学生可以思量上海等地的大学。考生还要注意的是，该专业是一个工科专业，考生要对能源、电子、物理、化学等学科感兴趣。另外，该专业偏实验科学，对动手能力要求较高。

例如，某高校的实践环节包罗太阳电池的制备与测试实训、LED制备实训、电工电子实训、储能质料制备实训等。除了开设新能源质料与器件专业的大学外，某些其他大学也举行相关领域的研究。如清华大学电力、质料、化学等院系，北京大学工学院，北京航空航天大学的化工与情况学院，等等。考生可以向有关院校举行咨询。

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