合金的演变过程，见下表：
1 )金属锂负极材料
金属锂是比容量最高的负极材料。但由于锂异常活泼，在使用中常发生短路等事故，甚至爆炸起火。解决上述问题的研究主要集中在三方面：寻找替代锂的材料；采用聚合物电解质来避免锂与有机溶剂反应；改进有机电解液的配方。高效的金属锂作为负极的二次锂电池有望在21世纪初开发成功。 2）合金类负极材料
为克服锂负极的安全性和循环性差等缺点，研究了各种锂合金作为新的负极材料，如LiAlFe、LiPb、LiAl、LiSn等。相对于金属锂，锂合金负极避免了枝晶的生长，提高了安全性，但循环性仍没有解决。
研究发现，用电沉积的方法制备纳米级的Sn及SnSb、SnAg金属间化合物，其循环性得到明显改善。纳米合金材料在充放电过程中绝对体积变化较小，电极结构有较高的稳定性。 3）碳负极材料
用碳取代金属锂作负极，电池的安全性和寿命大大提高。性能优良的碳材料有充放电可逆性好、容量大和放电平台低等特征；近年来研究的碳材料包括石墨、碳纤维、石油焦、无序碳和有机裂解碳；不同碳材料在结晶度、粒度、孔隙度、微观形态、比表面积、表面官能团、杂质等多方面存在差异，对其结构特征、化学性质与电化学行为的关系进行了广泛研究。 4）氧化物负极材料
可充放锂电池负极材料首先考虑的是一些含锂氧化物，如LiWO2、Li6Fe2O3、LiNb2O5等，当碳负极材料逐渐发展成主流方向后，仍有研究小组未放弃对氧化物负极的研究。Fuji公司在1994年申请了通式为M1Mp2Mq4的负极材料。其中，M1、M2为Si、Ge、Sn、Pb、P、B、Al、As和Sb， M4为O、S、Se、Te。性能较好的是SnSi0.4Al0.2 P0.6O3.6，该工作1997年发表在Science上。
1.3燃料电池材料的主要进展
1.3.1质子交换膜燃料电池（PEMFC）用材料的研究进展
质子交换膜燃料电池以磺酸型质子交换膜为固体电解质，无电解质腐蚀问题，以Pt/C or Pt-Ru/C为催化剂，能量转换效率高，无污染，可室温快速启动。质子交换膜燃料电池在固定电站、电动车、军用特种电源、可移动电源等方面都有广阔的应用前景，尤其是电动车的最佳驱动电源。它已成功地用于载人的公共汽车和奔驰轿车上。膜材料主要有：Nafion系列膜、PTFE（恨水粘合剂）－Nafion复合膜、非氟质子交换膜、自增湿膜、高温膜。
1.3.2熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）用材料的研究进展
熔融碳酸盐燃料电池是由多孔陶瓷阴极、多孔陶瓷电解质隔膜、多孔金属阳极、金属极板构成的燃燃料电池。其电解质是熔融态碳酸盐。
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1）阴极材料
目前，MCFC阴极一般采用多孔NiO，它是多孔金属Ni在电池升温过程中，经高温氧化而成。阴极气氛一般采用空气加CO2或氧气加CO2 。在电池实际运行过程中，通常需在室温下对阴极气氛进行加湿处理。 2）阳极材料
目前MCFC阳极一般采用Ni—Cr、Ni—Al合金。 3）双极板材料
双极板兼作电池集流器和隔离板。集流器连接隔离板和电极。作为双极板材料或其表面防护涂层，要求其表面腐蚀产物具有良好导电性，同时腐蚀产物在熔盐电解质中具有低的溶解度，否则氧化物的持续溶解将改变熔盐电解质的化学及电性能。
由于较好的力学性能及成本较低，目前双极板材料一般采用不锈钢如316和310等。但它们的耐腐蚀性能远满足不了实用化要求。且在阳极一侧的腐蚀速度可比阴极一侧高2个数量级，因此必须寻求适当的表面防护技术。 1.3.3固体氧化物燃料电池（SOFC）用材料的研究进展 1)电解质材料
常见的电解质材料有氧化锆电解质、氧化铈电解质、氧化铋电解质。除了上述双组分氧化物外，还有一些钙钛矿型氧化物掺杂后也可用作电解质如LaCaO3 ，SrCeO3，BaCeO3等，它们的结构都可简单表示为ABO3。 2）阴极材料
用作阴极材料的有贵金属(如金、银、铂等)，掺锡的In2O3，掺杂ZnO，掺杂SnO2等，但这些材料或价格昂贵，或热稳定性差，所以到70年代后，就被新开发出来的钙钛矿结构氧化物材料所取代。其种类较多，电子电导率的差异也很大。其中LaCoO3，LaFeO3，LaMnO3， LaCrO3掺入碱土金属氧化物(碱土金属离子取代La)后，显示出极高的电子电导率，它们的电子电导率大小顺序为： LaCoO3>LaFeO3>LaMnO3>LaCrO3。 3）阳极材料
最早使用焦炭作阳极，而后使用金属作阳极材料，但在操作温度1000℃的YSZ基SOFC中，合适的金属仅限于Ni，Co和贵金属。因为Ni的价格与Co ，Pt，Pd等相比较便宜，因而普遍采用Ni。 4）互连材料
在实际燃料电池发电系统中，单电池的输出电压不大于1v，因此为获得高电压，必须将许多的单电池互相连结在一起。互连材料作为相邻电池实现电子连接的桥梁，要求具有高的电子电导率，致密，在阴、阳极环境中具有化学稳定性，具有机械稳定性，并与其它电池元件热膨胀相容。曾用贵金属及某些合金来作互连材料，但存在两个问题：① 由于材料表面生成一层氧化物，使接触电阻增加：②这些材料与其它元件的热膨胀不匹配。
后来发现钙钛矿型铬酸镧(LaCrO3)特别适合用作互连材料，并对这种材料的性质进行了广泛的研究。LaCrO3中的La和Cr均可以被替代，常用替代物有Sr，Ca(La位；Mg，Co，Zn ，Cu，Nj，Fe，Al和Ti (Cr位) 。这种替代不仅可提高电子电导率，其中有些替代还可改善LaCrO3的烧结性能，为获得致密的LaCrO3材料，更多的是从制备工艺进行改善，例如在高还原气氛下热压烧结，电化学气相沉积，或湿法制备(如甘氨酸硝酸盐法)。
1.4太阳能电池材料的主要进展
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用做太阳能电池的材料发展历程为硅基电池（单晶硅→多晶硅）→微晶(纳晶)→非晶硅→化合物半导体电池（CdTe, CIGS,GaAs ，InP. . .）→有机电池→Grātzel 电池(光化学电池)。下面就几种常见的太阳能电池材料的发展进行介绍。
1.4.1 单晶硅的研究进展
单晶硅材料制造要经过如下过程：石英砂--冶金级硅--提纯和精炼--沉积多晶硅锭--单晶硅--硅片切割。
目前制造太阳级硅的主要方法是使用精炼的冶金级硅，采用电子束加热真空抽除法去除磷杂质，然后凝固，再采用等离子体氧化法去除硼及碳，再凝固。采用水蒸气混合的等离子体可将硼含量降到0.lppm的水平，经过再凝固硅中的金属杂质含量可降到ppb的水平。用此太阳级硅制成的常规工艺电池的最高效率可达到14％，高效工艺制的电池的最高效率可达到16％。
基于同样原理可开发出另一种提纯方法，即在硫化床反应器中，用Si烷在很小的Si球表面上原位沉积出Si。此法沉积出的Si粉未颗粒只有十分之几毫米，可用作CZ直拉单晶的投炉料或直接制造Si带。 1.4.2多晶硅的研究进展
随着电池制备和封装工艺的不断改进，在硅太阳电池总成本中，硅材料所占比重已由原先的1/3上升到1/2。因此，生产厂家迫切希望在不降低光电转换效率的前提下，找到替代单晶硅的材料。目前，比较适用的材料就是多晶硅。因为熔铸多晶硅锭比提拉单晶硅锭的工艺简单，设备易做，操作方便，耗能较少，辅助材料消耗也不多，尤其是可以制备任意形状的多晶硅锭，便于大量生产大面积的硅片。同时，多晶硅太阳电池的电性能和机械性能都与单晶硅太阳电池基本相似，而生产成本却低于单晶硅太阳电池。多晶硅太阳电池的出现主要是为了降低成本，其优点是能直接制备出适于规模化生产的大尺寸方型硅锭，设备比较简单，制造过程简单、省电、节约硅材料，对材质要求也较低。
晶体硅电池效率不断提高，技术不断改进，加上晶硅稳定，无毒，材料资源丰富，人们开始考虑开发多晶硅薄膜电池。多晶硅薄膜电池既具有晶硅电池的高效、稳定、无毒和资源丰富的优势，又具有薄膜电池工艺简单、节省材料、大幅度降低成本的优点，因此多晶硅薄膜电池的研究开发成为近几年的热点。另一方面，采用薄片硅技术，避开拉制单晶硅或浇铸多晶硅、切片的昂贵工艺和材料浪费的缺点，达到降低成本的目的。 1.4. 3多晶硅薄膜的研究进展
各种CVD（PECVD，RTCVD，CVD等）技术被用来生长多晶硅薄膜，在实验室内有些技术获得了重要的结果。德国Fraunhofer太阳能研究所使用SiO2和SiN包覆陶瓷或SiC包覆石墨为衬底，用快速热化学气相沉积（RTCVD）技术沉积多晶硅薄膜，硅膜经过区熔再结晶（ZMR）后制备太阳电池，两种衬底的电池效率分别达到9．3％和11％。北京市太阳能研究所自1996年开始开展多晶硅薄膜电池的研究工作。该所采用RTCVD技术在重掺杂非活性硅衬底上制备多晶硅薄膜和电池，1cm2电池效率在AM1.5条件下达到13.6％，目前正在向非硅质衬底转移。并发展了多层多晶硅薄膜电池 。 1.4.4化合物半导体薄膜的研究进展
GaAs, CdTe, CuIn，GaSe等的禁带宽度在1～1.5eV,与太阳光谱匹配较好。同时这些半导体是直接带隙材料，对阳光的吸收系数大，只要几个微米厚就能吸收阳光的绝大部分，因此是制作薄膜太阳电池的优选活性材料。GaAs电池主要
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用于空间，CdTe 和CIS电池被认为是未来实现低于1美元/峰瓦成本目标的典型薄膜电池，因此成为最热的两个研究课题。 1) CdTe电池材料
CdTe－II-VI族化合物，Eg＝1.5eV, 理论效率28%，性能稳定，一直被光伏界看重。工艺和技术－近空间升华(CSS)，电沉积，溅射、真空蒸发，丝网印刷等；实验室电池效率16.4%；商业化电池效率平均8～10％；CdTe电池90年代初实现了规模化化生产，2002年市场份额为0.3％。而我国CdTe电池的研究工作开始于80年代初。 2) CIGS电池材料
CIGS是Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族三元化合物半导体，带隙1.04eV。70年代中后期波音公司－真空蒸发，电池效率达到9％；80年代开始，ARCO Solar 公司处领先地位；90年代后期，NREL保持世界记录，19.5%；90年代初起，许多公司致力实现商业化生产，该电池目前处在兆瓦级中试生产阶段。
1.4.5染料敏化TiO2太阳电池Dye Sensitized Solar Cells (DSSCs)的研究进展
染料敏化TiO2电池实际是一种光电化学电池。早期的TiO2光电化学电池稳定性差、效率低。1991年瑞士Gr?tzel 将染料敏化引入该种电池，效率达到7.1%，成为太阳电池前沿热点之一。目前这种电池的实验室效率达到 11％。染料敏化纳米晶体太阳能电池（DSSCs）（或称Gr?tzel型光电化学太阳能电池）主要包括镀有透明导电膜的玻璃基底，染料敏化的半导体材料、对电极以及电解质等几部分。
1.4.6 纳米半导体材料的研究进展
金属硫化物、金属硒化物 、钙钛矿以及钛、锡、锌、钨、锆、铪、锶 、铁 、铈等的氧化物均可用作DSSCs的中的半导体材料。1999 年，Guo报道了Nb2O5 染料敏化的太阳能电池。2000 年，Poznyak 等人还报道了纳米晶体In2O3 薄膜电极的光电化学性质。
在国内,目前北京大学的研究者们对各种染料敏化纳米薄膜研究得较多。在这些半导体材料中, TiO2 ,ZnO和SnO2的性能较好。 1.4.7有机太阳能电池材料的研究进展
美国加州伯克利分校科学家在2002年利用塑料纳米技术研制出第一代塑料太阳能电池，可以安装在一系列便携式设备及可穿戴式电子设备上。提供0.7V的电压。该类材料的特点是：价格低、易成型，通过化学修饰调控性能。倍受关注的高分子材料为聚对苯乙撑（PPV）MEH-PPV与另一个PPV的衍生物CN-PPV配合使用，组成D-A网络结构的光电池。
2. 燃料电池的分类及燃料电池材料的研究现状。 答：2.1燃料电池的分类的分类有：
1.碱性燃料电池（AFC）——低温；
2.质子交换膜燃料电池（PEMFC）——低温； 3.磷酸燃料电池（PAFC）——中温；
4.熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）——高温； 5.固态氧化物燃料电池（SOFC）——高温；
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2.2燃料电池材料的研究现状
2.2.1质子交换膜燃料电池（PEMFC）材料研究现状
质子交换膜燃料电池以磺酸型质子交换膜为固体电解质，无电解质腐蚀问题，以Pt/C or Pt-Ru/C为催化剂，能量转换效率高，无污染，可室温快速启动。质子交换膜燃料电池在固定电站、电动车、军用特种电源、可移动电源等方面都有广阔的应用前景，尤其是电动车的最佳驱动电源。它已成功地用于载人的公共汽车和奔驰轿车上。当前质子交换膜材料主要有：Nafion系列膜、PTFE（恨水粘合剂）－Nafion复合膜、非氟质子交换膜、自增湿膜、高温膜。 2.2.2熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）材料研究现状
熔融碳酸盐燃料电池是由多孔陶瓷阴极、多孔陶瓷电解质隔膜、多孔金属阳极、金属极板构成的燃燃料电池。其电解质是熔融态碳酸盐。 1）阴极材料
目前，MCFC阴极一般采用多孔NiO，它是多孔金属Ni在电池升温过程中，经高温氧化而成。阴极气氛一般采用空气加CO2或氧气加CO2 。在电池实际运行过程中，通常需在室温下对阴极气氛进行加湿处理。 2）阳极材料
目前MCFC阳极一般采用Ni—Cr、Ni—Al合金。 3）双极板材料
双极板兼作电池集流器和隔离板。集流器连接隔离板和电极。作为双极板材料或其表面防护涂层，要求其表面腐蚀产物具有良好导电性，同时腐蚀产物在熔盐电解质中具有低的溶解度，否则氧化物的持续溶解将改变熔盐电解质的化学及电性能。
由于较好的力学性能及成本较低，目前双极板材料一般采用不锈钢如316和310等。但它们的耐腐蚀性能远满足不了实用化要求。且在阳极一侧的腐蚀速度可比阴极一侧高2个数量级，因此必须寻求适当的表面防护技术。 2.2.3固体氧化物燃料电池（SOFC）材料研究现状 1)电解质材料
常见的电解质材料有氧化锆电解质、氧化铈电解质、氧化铋电解质。除了上述双组分氧化物外，还有一些钙钛矿型氧化物掺杂后也可用作电解质如LaCaO3 ，SrCeO3， BaCeO3等，它们的结构都可简单表示为ABO3。 2）阴极材料
当前用作阴极材料的有贵金属(如金、银、铂等)，掺锡的In2O3，掺杂ZnO，掺杂SnO2等，但这些材料或价格昂贵，或热稳定性差，所以到70年代后，就被新开发出来的钙钛矿结构氧化物材料所取代。其种类较多，电子电导率的差异也很大。其中LaCoO3，LaFeO3，LaMnO3， LaCrO3掺入碱土金属氧化物(碱土金属离子取代La)后，显示出极高的电子电导率，它们的电子电导率大小顺序为： LaCoO3>LaFeO3>LaMnO3>LaCrO3。 3）阳极材料
最早使用焦炭作阳极，而后使用金属作阳极材料，但在操作温度1000℃的YSZ基SOFC中，合适的金属仅限于Ni，Co和贵金属。因为Ni的价格与Co ，Pt，Pd等相比较便宜，因而目前普遍采用Ni。 4）互连材料
在实际燃料电池发电系统中，单电池的输出电压不大于1v，因此为获得高电压，必须将许多的单电池互相连结在一起。互连材料作为相邻电池实现电子连
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