近代物理实验中开设新能源综合和创新实验的探索VIP免费

近代物理实验中开设新能源综合和创新实验的探索赖发春，黄志高，林应斌，郑卫峰，卢宇（福建师范大学物理与能源学院，福建福州350108）随全球不可再生能源的储量不断下降和耗能成本不断上升，以及我国经济持续的高速增长，对能源消耗的增加及对国际原油市场的依赖日益加深。在能源问题备受关注的国际大背景下，当前发展新能源产业、走低碳经济道路已成为全球性共识。因此，我们在近代物理实验中，开设了新能源相关的综合和创新性实验，让物理学专业学生在大学本科阶段就学习有关新能源方面的相关知识，通过这些实验训练，学习如何思考问题、提出问题，如何设计实验、完成实验，如何分析实验数据和得出正确结论。开设太阳能电池特性测量的基础综合实验，实验内容主要涉及单晶硅、多晶硅、非晶硅三种太阳能电池暗伏安特性测量；开路电压、短路电流与光强关系测量以及太阳能电池输出特性测量。通过实验使学生对太阳能电池的四个基本参数：开路电压、短路电流、填充因子和转换效率有了全面的认识，并比较了单晶硅、多晶硅、非晶硅三种太阳能电池的输出特性。通过该综合实验的开设，使学生学习了目前商业使用的硅太阳电池的知识。开设锂离子电池方面的创新性实验。在锂离子电池方面，我们目前承担了两项国家自然基金项目和多项福建省科技厅和教育厅项目。带领本科生、硕士生承担大学创新性实验项目5项，获福建省“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛二等奖和三等奖各1项，申请国家发明专利4项，授权1项，在Electrochim.Acta,IntJElectrochemSci，.B，Appl.Phys.A，J.Phys.D等期刊上发表多篇研究论文。以磷酸铁锂、层状锰酸锂、尖晶石锰酸锂和Li4Ti5O12为主要研究对象，以纳米功能材料（如Si基、C基、氧化物和磁性材料等）对电极材料颗粒的表面进行修饰。采用常规的材料制备方法和纳米颗粒表面修饰工艺，通过表面修饰纳米材料提高材料的电导率，且降低电极的电位和极化效应，进而增强材料的高倍率充放电性能。表面修饰改进锂离子电池的温度稳定性和高倍率充放电性能已取得较好的成果。锂离子电池创新性实验的开设，让本科生开阔了视野，学习了电池材料的制备工艺、测试方法、电池组装和检测方法，学习了如何查阅文献、处理数据和分析数据的方法，提高了学生提出问题、分析问题和解决问题的能力。开设太阳能热利用创新实验，设计和研制了小型化太阳能光热实验室系统。该系统是研究太阳能光热利用的小型化仪器，其配有相应太阳能检测仪器仪表及试验装置，可作为太阳能的光热实验教学，以此为基础，开展太阳能利用的工程化应用研究与开发工作。该太阳能热水器热性能测试系统可以测试参数内容有：①太阳辐射度，②环境温度，③热水器各测量点水温，④进出水流量，⑤辅助加热系统耗电量。可以完成实验内容有：①环境因素对太阳能热水器性能的影响，②太阳能热水器的得热量，③太阳能热水器的热损系数，④太阳能热水器的热效率，⑤太阳能热水器的性能测试，⑥太阳能热水器的自动控制，⑦多模式应用控制。该项目获福建省“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛一等奖和全国“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛三等奖。通过太阳能光热综合实验的开设，增强了学生的动手实践能力，提高了学生的学习兴趣，学生学习了太阳能光热转换的基本原理及太阳能热水器的基本构造，从而提高了学习能力。