人類的活動(dòng)、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展都離不開能源,。我們對(duì)能源的需求遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過以往時(shí)代，并且還在持續(xù)快速增長(zhǎng),。石油、煤炭等化石燃料都是不可再生的,，而且過度開發(fā)利用產(chǎn)生了當(dāng)前的環(huán)境污染問題,。據(jù)某些科學(xué)家估計(jì)，地球上現(xiàn)存的化石能源很快就會(huì)消耗殆盡,?！澳茉次C(jī)” 是人類當(dāng)前面臨的最大挑戰(zhàn)，而新能源材料與器件就是破解“能源危機(jī)與環(huán)境問題”的一把金鑰匙,。我們采訪了華北電力大學(xué)可再生能源學(xué)院副院長(zhǎng)李美成教授,，請(qǐng)他帶領(lǐng)大家探索新能源材料與器件專業(yè)的來龍去脈。
一專業(yè)解析
新能源材料與器件是什么？
大家最近可能都被董明珠投資某新能源公司的消息“刷屏”了,。該公司的核心技術(shù)是“鈦酸鋰負(fù)極電池”,，而電池技術(shù)是決定電動(dòng)車成敗的重要因素。這是新能源材料與器件的一個(gè)好例子,。
所謂新能源，是指區(qū)別于煤,、石油,、天然氣以及大中型水電等常規(guī)能源，尚未大規(guī)模利用,、正在積極研究開發(fā)的能源,。比如，太陽能,、風(fēng)能,、現(xiàn)代生物質(zhì)能、地?zé)崮?、海洋能以及氫能等都屬于新能源,。而新能源材料就是?shí)現(xiàn)這些新能源轉(zhuǎn)化和利用以及發(fā)展新能源技術(shù)過程中所使用的關(guān)鍵材料。
目前,，研究得較多的,、相對(duì)成熟的新能源材料主要是太陽能電池材料、動(dòng)力電池材料,、燃料電池材料,、生物質(zhì)能材料、風(fēng)能材料,、超級(jí)電容器,、核能材料等。
新能源材料與器件專業(yè)就是研究開發(fā)新能源轉(zhuǎn)化,、利用的關(guān)鍵材料及其器件設(shè)計(jì),、制造的專業(yè)。這個(gè)專業(yè)是教育部2010年首批增設(shè)的國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)相關(guān)專業(yè),，是工學(xué)門類材料類中最年輕的專業(yè)之一,。
李美成教授說，新能源材料與器件專業(yè)的內(nèi)涵就在于新能源材料與器件的一體化,。與傳統(tǒng)的材料（如合金材料）不同,，新能源材料不是簡(jiǎn)單的材料，而是有結(jié)構(gòu)和功能特性的,。像太陽能電池板的核心材料,，不是單純的硅，而是要形成一定的結(jié)構(gòu)（如PN結(jié)等），并能實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)化功能,。因此,，新能源材料與器件研究的不僅是材料或元器件，而是要把兩者結(jié)合起來,。也就是說,，該專業(yè)研究的重點(diǎn)是如何打通新能源材料和器件之間的斷層。
還拿電動(dòng)汽車做例子,，動(dòng)力電池技術(shù)的發(fā)展可謂日新月異,。比如，鈦酸鋰負(fù)極電池具有快充性能,、長(zhǎng)壽命,、高安全性等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是能量密度低,、價(jià)格高,，適用于公交車使用。但是,，近來碳負(fù)極的快充電池進(jìn)步很快,，其能量密度高、成本低,，有望替代鈦酸鋰負(fù)極電池,。無論是哪種電池，其材料和器件都是密不可分的,，最終都要把材料做成電池,。當(dāng)然，這只是新能源材料與器件研究領(lǐng)域中的一小塊內(nèi)容,。
新能源材料與器件研究的領(lǐng)域有哪些,？
李美成教授說，新能源材料與器件專業(yè)目前比較活躍的研究領(lǐng)域有：
一,、能量的轉(zhuǎn)換過程,。比如，光能轉(zhuǎn)化為電能,，光能轉(zhuǎn)化為熱能,，光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能,，生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為電能,，等等。比如,，太陽能電池就是把光能轉(zhuǎn)化為電能,，人工光合作用是把光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,。
二、能量的捕獲與存儲(chǔ),。2016年11月,，李克強(qiáng)總理主持召開國家能源委員會(huì)會(huì)議，審議通過了《能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》,。李克強(qiáng)提出,，要集中力量在可再生能源開發(fā)利用，特別是新能源并網(wǎng)技術(shù)和儲(chǔ)能,、微網(wǎng)技術(shù)上取得突破,，全面建設(shè)“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源，提升電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力,，增加新能源消納能力，發(fā)展先進(jìn)高效節(jié)能技術(shù),，搶占能源科技競(jìng)爭(zhēng)制高點(diǎn),。2016年，國家能源局在全國范圍內(nèi)首次批準(zhǔn)建設(shè)國家級(jí)大型化學(xué)儲(chǔ)能示范項(xiàng)目,，還針對(duì)大容量超級(jí)電容儲(chǔ)能技術(shù)等提出了具體的創(chuàng)新目標(biāo),。儲(chǔ)能技術(shù)將是未來五年研究的重點(diǎn)之一。另外,，風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉輪的表面涂層（具有防腐等性能）,、燃料電池等，都是新能源材料與器件研究的領(lǐng)域,。
三,、綜合能源系統(tǒng)中的傳感器。這是李美成教授最近認(rèn)識(shí)到新能源材料與器件能夠廣泛應(yīng)用的另一個(gè)領(lǐng)域,。在電力體制改革持續(xù)深化的背景下,，傳統(tǒng)電網(wǎng)的改造、綜合能源系統(tǒng)的建設(shè)已是大勢(shì)所趨,，但其中還缺少關(guān)鍵的節(jié)點(diǎn),，或者說互通的開關(guān)。接入能源系統(tǒng)的能源越來越復(fù)雜,，這就需要進(jìn)行智能調(diào)配,。而目前的電網(wǎng)，還缺少“眼睛”和“耳朵”,，無法迅速,、準(zhǔn)確地調(diào)配能量。這些“眼睛”和“耳朵”,，即傳感器,，恰恰是新能源材料與器件專業(yè)的用武之地。很可能某一種新能源材料的運(yùn)用，就會(huì)引發(fā)一場(chǎng)巨大的革新,。
新能源材料與器件學(xué)什么,？
2012年7月，華北電力大學(xué)主辦了全國新能源材料與器件專業(yè)建設(shè)第三次研討會(huì),。全國三十多所高校新能源材料與器件專業(yè)的負(fù)責(zé)人,、新能源企業(yè)和行業(yè)協(xié)會(huì)代表、新能源出版單位等,，共70余人參加,。清華大學(xué)倪維斗院士對(duì)新能源領(lǐng)域的發(fā)展和人才需求發(fā)表講話。他指出,，新能源行業(yè)發(fā)展要走踏實(shí)之路,，新能源專業(yè)的院校要立足自身特色，克服發(fā)展瓶頸,，為新能源建設(shè)出力,。中國可再生能源學(xué)會(huì)光伏專委會(huì)副主任、秘書長(zhǎng)吳達(dá)成在會(huì)中指出,，新能源人才培養(yǎng)應(yīng)加強(qiáng)普遍人才的基礎(chǔ)教育,、師資的合理引進(jìn)、加強(qiáng)交流和聯(lián)合辦學(xué),。
各高校新能源材料與器件專業(yè)的背景有很大不同,，所以課程也各具特色。以華北電力大學(xué)為例,，其課程特色是復(fù)合型,、專業(yè)交叉性強(qiáng)。李美成教授說,，新能源材料與器件專業(yè)涉及以下三個(gè)方面的內(nèi)容：物理,、化學(xué)機(jī)理是基礎(chǔ)，材料是主體,，器件是材料的性能體現(xiàn),。各高校應(yīng)結(jié)合學(xué)校自身專業(yè)特色，通過合理的課程設(shè)置使三者有機(jī)結(jié)合,。
主要課程設(shè)置：（綜合各校情況）
固體物理,、物理化學(xué)、材料化學(xué)與物理,、能源電化學(xué),、電源工藝學(xué)、半導(dǎo)體物理與器件,、儲(chǔ)能材料與制備技術(shù),、材料分析與測(cè)試方法,、能量轉(zhuǎn)換與應(yīng)用、先進(jìn)節(jié)能技術(shù),、太陽能電池原理與工藝,、鋰離子電池原理與工藝、能源系統(tǒng)的集成設(shè)計(jì),、世界新能源發(fā)展態(tài)勢(shì)系列講座等,。
與新能源科學(xué)與工程專業(yè)的區(qū)別
這兩個(gè)專業(yè)都屬于工學(xué)門類，但新能源材料與器件專業(yè)屬于材料類,，新能源科學(xué)與工程屬于能源動(dòng)力類,。新能源科學(xué)與工程面向新能源產(chǎn)業(yè)，其學(xué)科交叉性強(qiáng),、專業(yè)跨度大,，學(xué)科基礎(chǔ)來自于多個(gè)理科和工科，與物理,、化學(xué),、材料、機(jī)械,、電子、信息,、軟件,、經(jīng)濟(jì)等諸多專業(yè)密切相關(guān)。各高校根據(jù)社會(huì)需求和自身已有專業(yè)積累,，設(shè)立了各具特色的新能源科學(xué)與工程專業(yè),，培養(yǎng)目標(biāo)、課程設(shè)置,、專業(yè)方向等都有較大差別,。詳見《新能源 新動(dòng)力》。
二專業(yè)與就業(yè)
全國普通高校畢業(yè)生規(guī)模：
3500-4000人
男女比例：
男71%??女29%
涉及領(lǐng)域廣,、新增就業(yè)崗位多
合肥工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院項(xiàng)宏發(fā)老師說,，我國新能源材料與器件行業(yè)目前的發(fā)展勢(shì)頭良好，處于快速發(fā)展期,。我國鋰電池產(chǎn)業(yè)近年來發(fā)展快速,，特別是動(dòng)力鋰電池的發(fā)展充分結(jié)合國家戰(zhàn)略需求，打破了日本一統(tǒng)天下的局面,，成為世界第二生產(chǎn)大國,。我國自主開發(fā)的鈷鎳錳酸鋰成本僅為鈷酸鋰的一半，高溫穩(wěn)定性也大幅度改善,，改性天然石墨球負(fù)極材料已研制開發(fā)并投入批量生產(chǎn),。近年來,，我國太陽能電池發(fā)展很快，納晶太陽能電池材料研究取得了重要進(jìn)展,，其成本估算0.5-1$/pW,。如果效率達(dá)到5%，性能價(jià)格比將超過非晶硅,，有很強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力,，成為值得關(guān)注的新型太陽能電池。
2017年1月5日,，國家能源局發(fā)布《能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》和《可再生能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》,，要求“十三五”期間非化石能源消費(fèi)比重提高到15%以上。到2020年,，水電裝機(jī)達(dá)3.8億千瓦（含抽水蓄能電站0.4億千瓦）,、風(fēng)電裝機(jī)2.1億千瓦以上、太陽能發(fā)電裝機(jī)1.1億千瓦以上,、生物質(zhì)能發(fā)電裝機(jī)1500萬千瓦,、地?zé)峁┡每偭窟_(dá)4200萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤。
可再生能源中就包括風(fēng)能,、太陽能和生物質(zhì)能等新能源,。該產(chǎn)業(yè)涉及領(lǐng)域廣，可有力帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展,，可大幅增加新增就業(yè)崗位,，也是實(shí)現(xiàn)脫貧攻堅(jiān)的重要措施，對(duì)宏觀經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生積極影響,，更是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變的重要推動(dòng)力,。2020 年，全國可再生能源部門就業(yè)人數(shù)超過 1300 萬,，其中“十三五”時(shí)期新增就業(yè)人數(shù)超過300萬,。
在國家戰(zhàn)略大力支持的背景下，新能源材料與器件專業(yè)畢業(yè)生的發(fā)展前景十分廣闊,。本專業(yè)學(xué)生畢業(yè)后能勝任新能源材料設(shè)計(jì)與制備,、能源器件設(shè)計(jì)與制造以及新能源技術(shù)開發(fā)等方面的技術(shù)與管理工作，并能從事相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)開發(fā)和管理等專業(yè)技術(shù)工作,，成為富有創(chuàng)新精神的高素質(zhì)復(fù)合型人才,。畢業(yè)生適宜在新能源、新材料,、新能源汽車,、節(jié)能環(huán)保、高端裝備制造等國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域以及電力,、航天航空,、信息,、交通等領(lǐng)域的研究機(jī)構(gòu)、企事業(yè)單位從事研究,、技術(shù)開發(fā),、工藝和器件設(shè)計(jì)及相關(guān)管理工作。
新能源材料與器件專業(yè)畢業(yè)生可謂是趕上了潮流,，大有可為,。
建議畢業(yè)生繼續(xù)深造
以華北電力大學(xué)為例，該校新能源材料與器件專業(yè)每年只招收一個(gè)班,。2015屆畢業(yè)生26人,，其中出國3人，讀研8人,，就業(yè)15人,，就業(yè)率96.15%，深造率42.31%,。2016屆畢業(yè)生27人,，其中讀研10人，就業(yè)17人,，就業(yè)率96.3%,，深造率37%。2017屆畢業(yè)生就業(yè)工作還在進(jìn)行中,，目前除了出國和考研的同學(xué)之外均已簽約,，就業(yè)形勢(shì)持續(xù)向好。具體的去向有電力系統(tǒng),、中電投、中能源,、北京新能源公司等大型國企,，還有民營的新能源公司等。
李美成教授建議畢業(yè)生能夠繼續(xù)深造,，將來進(jìn)入新能源的高端領(lǐng)域,。這是個(gè)源頭創(chuàng)新的行業(yè)，中國必將產(chǎn)生全球領(lǐng)先的企業(yè),，對(duì)高端人才的需求會(huì)十分旺盛,。當(dāng)然，該專業(yè)畢業(yè)生也可以去新能源研究院等從事研究,，或者選擇出國,。
該專業(yè)學(xué)生考研時(shí)，可以考慮華北電力大學(xué)“可再生能源與清潔能源”博士學(xué)位授權(quán)點(diǎn)和碩士學(xué)位授權(quán)點(diǎn),，十分對(duì)口,。另外,，該專業(yè)學(xué)生考研時(shí)選擇較多的專業(yè)還有動(dòng)力工程、電氣工程,、電子科學(xué)與技術(shù)等,。
三報(bào)考指南
2010年，教育部首批公布同意設(shè)置該“國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)”相關(guān)專業(yè)的高校有15所,，其中包括華北電力大學(xué),、華東理工大學(xué)、東南大學(xué),、中南大學(xué),、電子科技大學(xué)、四川大學(xué)等,。后續(xù)逐漸增加,，目前全國開設(shè)該專業(yè)的高校共38所（據(jù)陽光高考平臺(tái)數(shù)據(jù)）。各校的專業(yè)特色十分明顯,。
例如,，華北電力大學(xué)新能源材料與器件專業(yè)的特色是，不受傳統(tǒng)背景影響,，具有純粹的新能源血統(tǒng),。該專業(yè)的師資團(tuán)隊(duì)也是一個(gè)亮點(diǎn)，老師們分別來自能源動(dòng)力工程,、電氣工程,、化學(xué)、物理,、材料等不同學(xué)科,，組成了復(fù)合式團(tuán)隊(duì)。該專業(yè)實(shí)行導(dǎo)師制,，優(yōu)秀的學(xué)生在本科階段就能得到教授的親自指導(dǎo),。這個(gè)專業(yè)包括太陽能電池材料與器件、鋰離子電池材料與器件和燃料電池材料與器件專業(yè)方向,。2017年計(jì)劃與新能源科學(xué)與工程專業(yè)放在一起,，按大類招生。
再如,，合肥工業(yè)大學(xué)是第一批開設(shè)新能源材料與器件專業(yè)的11所高校之一,。項(xiàng)宏發(fā)老師介紹，該專業(yè)重點(diǎn)是研究與開發(fā)高性能新能源材料,、技術(shù)和器件（如手機(jī)和筆記本中使用的鋰電池,、電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池、太陽能電池等），發(fā)展“新能源材料”（鋰電池材料,、燃料電池材料,、太陽能電池材料和儲(chǔ)能材料等），主要做的事情是上述新材料的開發(fā)和生產(chǎn),，以鋰電池和太陽能電池為代表的相關(guān)器件的設(shè)計(jì),、制造與生產(chǎn)，面向通訊電子產(chǎn)品,、電動(dòng)汽車和電網(wǎng)儲(chǔ)能等領(lǐng)域的設(shè)計(jì)與應(yīng)用,。該校具有很強(qiáng)的工科背景，重視應(yīng)用開發(fā),，與大中型企業(yè)都有良好的合作平臺(tái),，這利于培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力。
李美成教授建議,，有志于學(xué)習(xí)新能源材料與器件專業(yè)的學(xué)生,，可以從以下幾個(gè)方面來選擇大學(xué)。第一,，大學(xué)的傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)領(lǐng)域和行業(yè)背景,。同樣開設(shè)該專業(yè)，不同大學(xué)依托的學(xué)科背景是不一樣的,。比如,，中南大學(xué)該專業(yè)設(shè)在冶金科學(xué)與工程學(xué)院，有冶金背景,；等等,。第二，大學(xué)所在的地域,?？紤]到離家遠(yuǎn)近、生活習(xí)慣,、就業(yè)需求等因素,，地域也是很多學(xué)生關(guān)心的問題。比如,，北方的學(xué)生可以考慮北京等地的大學(xué)，南方的學(xué)生可以考慮上海等地的大學(xué),。
考生還要注意的是,，該專業(yè)是一個(gè)工科專業(yè)，考生要對(duì)能源,、電子,、物理、化學(xué)等學(xué)科感興趣,。另外,，該專業(yè)偏實(shí)驗(yàn)科學(xué),，對(duì)動(dòng)手能力要求較高。例如,，某高校的實(shí)踐環(huán)節(jié)包括太陽電池的制備與測(cè)試實(shí)訓(xùn),、LED制備實(shí)訓(xùn)、電工電子實(shí)訓(xùn),、儲(chǔ)能材料制備實(shí)訓(xùn)等,。
除了開設(shè)新能源材料與器件專業(yè)的大學(xué)外，某些其他大學(xué)也進(jìn)行相關(guān)領(lǐng)域的研究,。如清華大學(xué)電力,、材料、化學(xué)等院系,，北京大學(xué)工學(xué)院,，北京航空航天大學(xué)的化工與環(huán)境學(xué)院，等等,?？忌梢韵蛴嘘P(guān)院校進(jìn)行咨詢。
