什么是新能源化工 化学在新能源发展过程中起着什么样的作用

问题描述 什么是新能源化工

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随着常规能源资源的日益枯竭以及大量利用化石能源带来的一系列环境问题，人类必须寻找可持续的能源道路，而开发利用新能源无疑是出路之一。新能源的理论研究、技术开发以及新能源材料的探索、新能源经济的研究等，是当前能源领域众多研究热点中的亮点。新能源包括太阳能、氢能、核能、生物质能、化学电源、海洋能、风能和地热能等。

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化学在新能源发展过程中起着什么样的作用

化学是一门实用的中心学科,它与数学、物理学等学科共同成为自然科学迅猛发展的基础.化学的核心知识已经应用于自然科学的方方面面,与其他学科相辅相成,构成了创造自然、改造自然的强大力量.

1．化学的地位与作用

化学是侧重在原子、分子水平上研究物质的组成、结构、性能以及转化过程的学科.化学过程普遍存在于包括生物体在内的大自然中.化学不但研究自然界的本质,而且创造出具有特殊性质的新化合物,化学与分子生物学、材料科学、环境科学、生物化学等学科有着很深的渊源,在推进其他学科发展的同时自身也得到了进一步的发展.

(1)化学是人类赖以解决食品问题的重要学科之一

化学可以提供一系列农用材料,改善作物生长的自然环境和条件,改善水土保持状态和光合作用,改变农作物生长周期,改良农作物的品种,达到增产丰收的目的.化学方法提供一系列制剂及材料改进食物生产和保存的方法.

(2)化学对能源的开发利用起着不可忽视的作用

能源工业在很大程度上依赖于化学过程,能源消费的90％以上依靠化学技术.怎样控制低品位燃料的化学反应,使我们既能保护环境又能使能源的成本合理是化学面临的一大难题.化石能源的转化及综合利用至关重要.可再生新能源的开发离不开以化学为核心的技术的发展.

(3)信息技术的高速发展离不开化学的大力支持

器件的小型化莫过于在分子水平上生产电子器件.开发和研制“分子元件”和“生物芯片”,成为当今分子电子学领域里的重大课题.分子铁磁体的研究通过扫描探针显微镜等新技术研究单个原子和分子的性质和行为,并在分子水平上研制电子器件,组装分子器件,有赖于化学的支持.

(4)化学是提高人类生存质量的有效保障

人的出生、成长、繁衍、老化、疾病和死亡等所有生命过程都是化学变化的表现.化学靠合理制备药物对生理学、医药学作出贡献；靠化学合成的医用材料提供代用品.

资源与环境是维持国民经济和社会发展的重要基础保障.基于化学的产业从天然资源中制取大量化肥、农药、农膜以及钢铁、塑料和水泥等原材料,同时生产的大量合成纤维和橡胶等又可弥补农林业的不足,化学能为保护环境提供分析方法,提出新的更代产品和流程.

(5)化学是材料科学发展的基础化学在原子、分子链段以及分子尺度上对材料组织结构的设计、控制及制造技术进行研究,并合成新的物质以代替传统或稀缺的物质.

依据化学本身对物质结构和成键复杂性的深刻理解,在寻找和开发新的功能性材料方面,可以大有作为.

2．50年来我国化学学科的发展历程与成就

我国化学在建国以来的发展,大致可以分为四个阶段：第一阶段是建国初期到1955年的恢复和基础建设时期(1949—1955)；第二阶段为1956年到1966年,依据12年科学规划而有序地高速发展；第三阶段为十年“文革”期(1966—1976年)；第四阶段从70年代后期,特别是党的十一届三中全会以后,为化学研究全面恢复和发展时期,并从90年代开始,逐渐与世界前沿化学研究接轨.

50年来,我国化学领域在基础研究、应用研究和开发工作的各个方面都取得了一系列有自己特色的研究成果.据统计,截止到1997年,化学在国家自然科学奖中共获奖84项,占总数的13．9％.各类科研成果数以千计,在国内外正式学术刊物上发表的论文及研究报告数以万计.

50年来,我国化学学科取得了一系列的研究成果.先后获得国家自然科学奖一等奖4项,二等奖29项,三等奖36项,四等奖15项.

3．迎接新世纪挑战,展望我国2010年化学学科发展

当前,我国所面临的挑战有人口控制问题、健康问题、环境问题、能源问题、资源与可持续发展问题等,化学家们希望从化学的角度,通过化学方法解决其中的问题,为我国的发展和民族的振兴作出更大的贡献.

(1)若干化学基本问题的解决,将使化学学科自身在不同层次上得到丰富和发展.反应过程与控制、合成化学、基于能量转换的化学反应、新反应途径与绿色化学、设计反应、纳米化学与单分子化学、复杂体系的组成、结构与功能间关系研究、物质的表征、鉴定与测试方法等方面问题将成为21世纪我国化学研究的重要方向,成为我国化学家有所作为的突破点.

(2)学科的渗透与交叉,将使我国化学的发展面临更多的机会与挑战.

(3)国民生活质量的提高,将得益于并更大地促进化学的发展.

?(4)世纪之交,展望未来十年化学事业的发展和化学对人类生活的影响,我们充满信心,亦倍感兴奋.化学是无限的,化学是至关重要的,它将帮助我们解决21世纪所面临的一系列问题,化学将迎来她的黄金时代!

从钱币到电池 新能源化学元素巡礼：镍

LG新能源是LG化学的全资子公司。

LG化学成立于1947年，公司总部位于韩国首尔，是韩国最具代表性的化学企业，以石油化学、信息电子材料、二次电池等三个事业为中心；LG新能源自2020年12月从LG化学中拆分独立运营，专注电动汽车电池业务。

化学新能源有哪些

洪晓峰 编辑 技术学堂 2022-04-12 00:10

化学制取与常见反应

镍是铁系第三 元素 （ 查成交价 | 车型详解 ），外观上面和铁、钴一样，高纯度情况下都是银白色密度很高的金属非常的坚硬，高纯度镍棒常在实验室作为电极使用，颗粒状的镍也叫镍花在实验室中使用的更多。

镍金属的稳定性极高，镍颗粒直接在高温火焰下灼烧，部分位置会像铁一样生成黑色氧化物，还有些部位会被亮蓝色氧化物包裹。镍有三种氧化物，即氧化亚镍（NiO）,四氧化三镍（Ni3O4）及三氧化二镍（Ni2O3）。三氧化二镍仅在低温时稳定，加热至400~450℃，即离解为四氧化三镍，进一步提高温度最终变成氧化亚镍。

高纯度镍对酸腐蚀也有很高抗性，镍花置于硫酸中加热只会产生少量气泡，室温中放置一周也只会让溶液微微变绿，参加反应的镍少得可怜，如果你加大硫酸的浓度，镍会和铁一样发生钝化，表面产生致密的氧化物保护内部的镍，导致反应停止。

强碱对于镍来说也是一样，甚至在熔融氢氧化物的时候主要使用的都是镍制坩埚，离谱的是单质氟的相关反应实验也采用镍制容器，镍连被称作死亡 元 素的单质氟都不怕，（氟是卤素元素，单质氟化学性质极其活跃，最强的氧化剂之一，甚至在一定条件下能够和部分惰性气体反应）。

镍的化学性质过于稳定，所以实验室中采用的大多是颗粒更细的镍粉。镍粉制取可以采用氧化镍与氢气反应，这个反应的制取量小，纯度不高。

氧化镍与氢气加热生成镍粉与水

更纯的镍粉则是采用四羰基合镍的热分解来得到的，四羰基镍是一种剧毒气体，蒸汽混合空气见火 星 还会爆炸，所以用这玩意儿制镍很可能就要造镍了，危。实验室里四羰基合镍难以保存，所以工业上多采用羰基镍粉来制备纯镍。制备镍粉还可以通过分解镍的另一种化合物二茂镍来获得，深绿色晶体状的二环戊二烯合镍Ni（C5H5）2对热敏感需要充氮气保存。

镍粉活泼性就很高了，和稀硫酸反应就和之前完全不同，加热后会剧烈反应快速溶解在硫酸之中，溶液的颜色也转为绿色，这个溶液可以提纯出七水合硫酸镍。镍和稀硝酸反应会更加的暴力，稍微一加热镍粉就消失不见了。

镍粉与稀硫酸反应（上）镍粉与稀硝酸反应（下）

镍与强碱反应与和强酸完全不同，镍粉甚至无法和大部分强碱进行反应，氢氧化镍的制取只能采用土办法，往镍盐溶液中添加强碱制取的氢氧化镍。

硫酸镍与氢氧化钾反应生成氢氧化镍和硫酸钾

镍粉和氧气可以很轻松的反应，如果在反应中掺杂点水蒸气，镍粉甚至能够自燃，生成的镍氧化物是绿色粉末状，没错和抹茶粉一模一样，很容易和强酸生成对应的镍盐。与氧气长时间反应，会生成三价镍组成的三氧化二镍，3价镍是一种超强的氧化剂，在氧化反应中会被还原成稳定的2价镍。

镍粉非常的怕氨水，镍粉和浓氨水的混合物放在一起加热，镍粉很容易就被氨水侵蚀，氨对于镍离子有非常强大的络合能力。在镍盐溶液中加入浓氨水，氨能够赶跑镍盐水合物中的水，行程氨络合离子。在三元前驱体制取中需要用到一定浓度的氨水最为络合剂。

六水合硫酸镍与浓氨水反应

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化学制取与常见反应

镍是铁系第三 元素 ，外观上面和铁、钴一样，高纯度情况下都是银白色密度很高的金属非常的坚硬，高纯度镍棒常在实验室作为电极使用，颗粒状的镍也叫镍花在实验室中使用的更多。

镍金属的稳定性极高，镍颗粒直接在高温火焰下灼烧，部分位置会像铁一样生成黑色氧化物，还有些部位会被亮蓝色氧化物包裹。镍有三种氧化物，即氧化亚镍（NiO）,四氧化三镍（Ni3O4）及三氧化二镍（Ni2O3）。三氧化二镍仅在低温时稳定，加热至400~450℃，即离解为四氧化三镍，进一步提高温度最终变成氧化亚镍。

高纯度镍对酸腐蚀也有很高抗性，镍花置于硫酸中加热只会产生少量气泡，室温中放置一周也只会让溶液微微变绿，参加反应的镍少得可怜，如果你加大硫酸的浓度，镍会和铁一样发生钝化，表面产生致密的氧化物保护内部的镍，导致反应停止。

强碱对于镍来说也是一样，甚至在熔融氢氧化物的时候主要使用的都是镍制坩埚，离谱的是单质氟的相关反应实验也采用镍制容器，镍连被称作死亡 元 素的单质氟都不怕，（氟是卤素元素，单质氟化学性质极其活跃，最强的氧化剂之一，甚至在一定条件下能够和部分惰性气体反应）。

镍的化学性质过于稳定，所以实验室中采用的大多是颗粒更细的镍粉。镍粉制取可以采用氧化镍与氢气反应，这个反应的制取量小，纯度不高。

氧化镍与氢气加热生成镍粉与水

更纯的镍粉则是采用四羰基合镍的热分解来得到的，四羰基镍是一种剧毒气体，蒸汽混合空气见火 星 还会爆炸，所以用这玩意儿制镍很可能就要造镍了，危。实验室里四羰基合镍难以保存，所以工业上多采用羰基镍粉来制备纯镍。制备镍粉还可以通过分解镍的另一种化合物二茂镍来获得，深绿色晶体状的二环戊二烯合镍Ni（C5H5）2对热敏感需要充氮气保存。

镍粉活泼性就很高了，和稀硫酸反应就和之前完全不同，加热后会剧烈反应快速溶解在硫酸之中，溶液的颜色也转为绿色，这个溶液可以提纯出七水合硫酸镍。镍和稀硝酸反应会更加的暴力，稍微一加热镍粉就消失不见了。

镍粉与稀硫酸反应（上）镍粉与稀硝酸反应（下）

镍与强碱反应与和强酸完全不同，镍粉甚至无法和大部分强碱进行反应，氢氧化镍的制取只能采用土办法，往镍盐溶液中添加强碱制取的氢氧化镍。

硫酸镍与氢氧化钾反应生成氢氧化镍和硫酸钾

镍粉和氧气可以很轻松的反应，如果在反应中掺杂点水蒸气，镍粉甚至能够自燃，生成的镍氧化物是绿色粉末状，没错和抹茶粉一模一样，很容易和强酸生成对应的镍盐。与氧气长时间反应，会生成三价镍组成的三氧化二镍，3价镍是一种超强的氧化剂，在氧化反应中会被还原成稳定的2价镍。

镍粉非常的怕氨水，镍粉和浓氨水的混合物放在一起加热，镍粉很容易就被氨水侵蚀，氨对于镍离子有非常强大的络合能力。在镍盐溶液中加入浓氨水，氨能够赶跑镍盐水合物中的水，行程氨络合离子。在三元前驱体制取中需要用到一定浓度的氨水最为络合剂。

六水合硫酸镍与浓氨水反应

3 新能源应用 镍产业解析 回顶部

新能源产业应用

我们常见的三 元 锂电池NCM的N都是指的镍，NCM是指含锂的多层金属氧化物?镍钴锰酸锂LiNixCoyMn1-x-yO2，制造镍钴锰酸锂的原料中镍的部分采用的是硫酸镍。我们上一趴介绍的关于镍的各种常见反应和各种化合物基本上都与制备三元锂前驱体相关。

镍盐有许多种，硝酸镍、氯化镍都算，那为什么只采用硫酸镍而非其他镍盐呢？氯化镍中有氯离子的存在，容易腐蚀不锈钢材质对反应设备的要求较高，如果氯离子残留在前驱体中，后续烧结工艺时容易腐蚀窑炉；硝酸镍价格高，而且N03-硝酸根离子残留在前驱体中，在烧结工艺中会产生NO一氧化氮、NO2二氧化氮等有害气体，在工业制取中不被采用。

硫酸镍的制取有三个来源，由原生物料生产、镍铁溶解、废料生产：

镍铁直接溶解

化学法制取硫酸镍方法历史悠久，最简单的就是采用硝酸和硫酸的混酸来氧化溶解金属镍，和上面我们谈到的实验室中镍与强酸反应是一样的。也就是常说的镍豆/镍粉直接溶解得到硫酸镍，这种方法设备复杂腐蚀严重、利用率低、环境污染较为严重。再通过电解又可以重新获得电解镍，也就是纯镍产品，每吨电解镍的耗电量在800-1000kWh。

原生物料生产

根据原料矿物不同分为两种，硫化镍矿与红土镍矿线路；硫化镍矿品位高很容易就能制取高冰镍，高冰镍可以制取电解镍和硫酸镍。而红土镍矿就比较复杂了，作为最主要的镍矿原料，红土镍矿分层，上层品位低但储量高，可以使用湿法高压酸浸的方法处理成MHP等湿法中间品；下层品位高，用火法处理。目前镍的主要生产路径是下层红土镍矿通过火法RKEF到镍铁，再到不锈钢（该路径占比超过50%）。

总体来说红土镍矿生成硫酸镍共有四类方法 ：

湿法高压酸浸路径 ，上层低品位红土镍矿的湿法冶炼-MHP等湿法中间品-硫酸镍+硫酸钴；

火法前硫化路径 ，下层高品位红土镍矿的火法冶炼硫化到低冰镍-高冰镍-硫酸镍；

火法后硫化路径 ，下层高品位红土镍矿的火法冶炼-镍铁-高冰镍-硫酸镍；

富氧侧吹方式 ，用熔炼炉替代电炉，对原材料的适用度高，增加热反应效率，核心在于硫化方式的改变。

最具代表性的企业包括瑞木、华友、青山、盛屯、中伟等等。

镍 有色金属产业

作为有色金属大宗 商 品，镍期货也是行业风向标，最近镍期货的走势可谓是跌宕起伏，国内方面沪镍在3月初和中下旬两次上攻，虽然今日已经回到较为合理的价格位置，但是伦敦金属交易所LME似乎还没有从?妖镍?闹剧中解脱，从铝到锌LME六大主要金属合约的可用库存目前已降至1997年以来的最低水平。

随着2021年全球工业活动在疫情后附属，LME的金属库存已经在下降，而且目前全球物流和航运系统还是处于混乱的状态。俄乌冲突爆发后，俄罗斯作为高纯度镍储量丰富的国家，从其供应商处获得货物变得完全不可能，同时交易所库存较低的时候也很容易遭受到逼空行情的冲击，?妖镍?风波之后LME甚至对金属价格市场波动幅度设置了15%的上限。

金属镍在全球市场中，74%用于不锈钢生产制造，在电池用途方面目前仅占5~8%，但是中国2021年的纯电动汽车新车销量增加到了上年的2.6倍，以目前全球电动车发展的趋势来看，预计对电池用途的需求会进一步扩大。

目前青山控股作为国内第一大镍铁生产商，已经蜕变成为全球最大的镍铁生产商，也是3月伦敦金属交易所LME?妖镍?事件的主角之一。青山控股在印尼拥有两大工业园区，2020年镍产量46万吨，未来还会继续大幅度扩容，来应对国内及全球快速增长的新能源电池需求。

产业前景

镍钴锰酸锂三元材料中，镍呈现正二价是主要的电化学活性 元素 ，三元材料NCM：让钴Co来防止镍Li-锂Ni混排，让锰Mn来稳定材料的结构，镍Ni作为提供高容量的主力。所以目前主流的三元锂NCM811、NCM622、NCM523、NCM111中镍含量越高能量密度也就越高。同时镍的成本相对来说较低，高镍配方在成本上也还是有优势的，所以客观上对于镍的需求整体是会上升的。

但目前全球经济形势不容乐观，受到多重因素影响，疫情、逆全球化、美元加息周期、全球CPI飙升、民粹主义抬头、俄乌战争，这些都时时刻刻影响着正常的经济活动和社会发展。有色金属产业从LME库存储量就能 发现 ，全球产业链体系供需正在出现问题，疫情导致停工停产、国际航运混乱，全球大宗商品价格飙升，PPI CPI产生恐怖的剪刀差，目前正值美元加息周期，叠加疫情影响已经有部分国家出现国家破产的危机，黎巴嫩、斯里兰卡首当其冲，未来还有更多国家陷入经济困境，我国经济也已明确进入滞胀。所以对于新能源产业是否能够继续高速增长可能会取决于许多未知因素，目前国内电动车已经出现全面涨价的情况，PPI端的涨价终会传到到CPI端，美元从 无限 QE到瞬间加息50个基点，最终又将是谁来抗下一切？

回到镍的话题来，镍作为一种不是非常稀缺的有色金属，主要还是应用于不锈钢，从二级市场来看，新能源端带来的增长已经反应在了相应公司的股价上，资本的速度总是最快的，市场表现也总是如实反应资本预期的，未来镍的增长可能要从《?十四五?原材料工业发展规划》提出的开发?城市矿山?资源中挖掘了，有色金属稀有金属的回收再利用。或者抓准美元加息周期，在外汇储备被摧毁的国家中也实施马歇尔计划，可以把放的水流到海外的基建项目中去，掌控产业链源头、控制能源、削弱美元霸权、收获国际友谊等等好处还是很多的，可别再让水流进房地产了。

镍产业链非常清晰，最主要的用途就是镍合金（铸币）、电池（镍氢、镍铬、三元锂）、电镀、不锈钢。除此之外，还能成为许多化学反应不可或缺的催化剂，纳米铁酸镍NiFe2O4在新兴材料领域价值很大，它可以催化二氧化碳分解，使其重新变成碳和氧气，从而在太空等高精尖领域得以应用。然而镍与我们生活也是息息相关，平均每5个人里就有1个人，会对镍离子存在或轻或重的过敏反应，镍甚至被指与诱发某些癌症相关，所以目前对于日常使用的不锈钢中该添加多少镍仍然存在争议。

如果你带钢制手表时间一长会烂手腕，恭喜你，你对镍过敏，真的是造镍啊。

（图/文/摄： 洪晓峰）

@2019

新能源包括太阳能、氢能、核能、生物质能、化学电源、海洋能、风能和地热能等。

随着常规能源资源的日益枯竭以及大量利用化石能源带来的一系列环境问题，人类必须寻找可持续的能源道路，而开发利用新能源无疑是出路之一。新能源的理论研究、技术开发以及新能源材料的探索、新能源经济的研究等，是当前能源领域众多研究热点中的亮点。