新能源材料

来自水分蒸发的可再生能源前景可观 功率密度能达风电3倍

近日，据英国《自然·通讯》杂志在线发表的最新能源研究报告称，天然水分蒸发代表了另一种前景可观的可再生能源来源。美国科学家对天然水分蒸发过程中可采集的能量进行评估，发现该过程可产生的功率密度是风电的3倍，这将为可再生能源面临的间歇性问题提供解决方案。蒸发主要受制于水面所接受的太阳辐射能量。对地球来说，其表面吸收的近一半太阳能会驱动水分蒸发，而该过程又会影响生态系统、水资源和天气气候。在最新研究中，科学家们已经展示了将蒸发能量转化为功的能力，但是人们对这种资源尚有疑惑，主要是对其可用性、可靠性和潜力仍知之不多。美国哥伦比亚大学科学家厄齐古尔·沙辛及其同事，此次开发了一种模型来演示水分蒸发驱动型引擎如何影响蒸发率，并且预测了这些能量采集器如何以最佳方式在自然环境中运行。根据他们的估计，美国目前面积大于0.1km2的湖泊和水库（不包括5大湖）水分蒸发的功率或可达325GW，占2015年美国电能发电功率的69%以上。这些发现表明，这一自然能源的功率密度堪比风电和太阳能，而且它受气候条件变化的影响较小。水分蒸发驱动型引擎和能量采集器方面的技术，可以使蒸发造成的水流失减少近一半，因此，在经常出现水资源紧张和水短缺的地区，这类能源采集系统可能较受青睐。研究团队表示，上述发现可以推动水蒸发能量转化材料与装置的改进，未来将为可再生能源面临的间歇性问题，提供一种良好的解决方案。（科技日报）

韩国团队用核桃香料作出钙钛矿太阳能电池

韩国浦项工科大学化学工学科的金泰浩教授和集成课程的李俊宇团队使用以核桃香料为原料的食品添加剂，制造出了一种环保且高效的传导物质，可以用于制作钙钛矿太阳能电池。该成果已经被刊载在化学界权威期刊《美国化学学会杂志》的在线版上。据悉，钙钛矿这种材料比硅轻薄，制作费用也更低廉，因此在太阳能电池界备受瞩目。报道称，钙钛矿太阳能电池在接收到太阳光之后，会产生电子和电子空穴，此时就需要一种高效的媒介把它们传输到电极上。在此之前，钙钛矿太阳能电池的传导媒介一直使用的是有毒的氯苯。此次研究团队使用核桃香料食品添加剂成功研制出了更加环保的传导材料，可以替代氯苯来制作钙钛矿太阳能电池。李俊宇表示，这种材料在不改变光电性质的情况下能将高分子的效率提升18%，而且这种高效不会随着时间消退。这一发现有望对传导性高分子产业的发展做出贡献。（环球网）

美太阳能研发转向聚光发电技术

据《麻省理工技术评论》杂志报道，美国能源部近日宣布投资6 200万美元，加大太阳能产业另一项重大技术——聚光太阳能发电的研发，以攻克太阳能电网稳定性、修复性以及电能储存等关键难题。目前太阳能发电厂主要基于2种技术将太阳能转换成电能：一种是光伏发电技术，需要配备昂贵的电池组或外部储能技术，只在艳阳高照时才能运转供电；第二种是聚光太阳能发电技术，通过透镜等将太阳光聚焦，利用获得的能量将水转化成蒸汽推动汽轮机运转，太阳能部分转化成热能储存在系统配备的熔盐罐中，可在夜晚或阴雨天持续供电。

2011年，为增加太阳能发电的竞争力，美国能源部提出“射日计划”，希望能在2020年将太阳能每瓦时的单价从4美元降到1美元。因此，能源部和公私企业偏重研发更易实现的光伏发电技术，并在今年初提前完成预期目标。聚光发电技术则因成本更高及技术难度更大被长期忽略。美国能源部这次宣布研究转向，希望在太阳能单价实现预期目标后，重点攻克能提高太阳能电网稳定性和持续性的聚光太阳能技术。虽然有人质疑这可能是特朗普政府在为“抑制快速发展的光伏发电对化石燃料的威胁”打掩护，但多位能源专家对这次技术转向表达了支持，认为聚光发电在储存太阳能方面比光伏发电更具优势。加州大学圣迭戈分校能源政策研究人员大卫·维克托表示：“目前存在对光伏发电投资过度和聚光发电投入不足的问题，能源部的新计划将掀起聚光太阳能研发的热潮。”乔治梅森大学科学技术与创新政策中心主任大卫·哈特也认为，光伏发电技术业已成熟，需要解决的问题不再是技术层面，而是如何扩大规模，这些私企就能解决。政府部门可拿出更多资金发展尚未成熟的聚光发电技术，解决太阳能发展面临的深层次难题。（科技日报）

日本研发出能伸缩能水洗的超薄太阳能电池

日本理化学研究所与东京大学的共同研究团队近日开发出了一种具有伸缩性、可水洗的超薄型太阳能电池，这种电池可以贴在衣服上，并可用作穿戴设备的电源。该研究成果已发表在9月18日发行的英国科学杂志《自然·能源》上。理化学研究所研究员福田宪二郎与东京大学教授染谷隆夫将具有半导体特性的有机化合物涂抹在超薄高分子膜上，制成了这款太阳能电池。该电池厚度仅为3μm，即使被弯曲揉压也可正常工作。如果不慎被墨水等物质染色，使用清洗剂进行清洗，也不会影响电池性能。此外，这种太阳能电池转换太阳能的功率是普通薄型太阳能电池的2倍。福田宪二郎表示：“这种太阳能电池有望应用于一些贴在衣服上测量血压、体温以帮助早期发现疾病的医疗器具，或用作与衣物一体化的薄型智能手机电源等。”（人民网）

“高效率有机—无机钙钛矿太阳能电池的研究”完成技术验收

9月19日，中國科学院青岛生物能源与过程研究所承担的科技部政府间合作项目“高效率有机-无机钙钛矿太阳能电池的研究”完成技术验收。验收会由青岛市科学技术局组织，中科院物理研究所研究员孟庆波、北京航空航天大学教授邓元、华北电力大学教授李美成、青岛科技大学教授张建明、中国海洋大学副教授王玮、青岛海誉新材料有限公司高级工程师王志政、威海中玻光电有限公司高级工程师解欣业等专家，参加了验收会议。青岛能源所科技处处长梁向峰介绍了研究所的发展情况和取得的成绩；青岛市科技局科技合作处处长陈別介绍了国合专项的有关情况，并对项目验收提出要求和任务；项目负责人逄淑平对与以色列耶路撒冷希伯来大学共同主持的“高效率有机-无机钙钛矿太阳能电池的研究”项目实施情况进行陈述。在项目执行期间，双方合作开发了目前最有前景的大面积钙钛矿薄膜修复技术，并获得Science、《中国科学》等杂志的亮点报道，在此研究基础上进一步开展了与国内相关光伏企业的合作，共同开发了具有自主知识产权的气体修复设备，完成了大面积的钙钛矿薄膜的修复，基本满足钙钛矿太阳能电池中核心薄膜制备的工业化要求。专家组听取了相关汇报，对合作项目成果的技术指标完成情况等进行评估，讨论起草项目《验收意见书》，认为该项目完成了合同书规定的目标、任务及技术指标，一致同意该项目通过验收。通过本项目的实施，一方面很大程度上提升了研究所在该领域的研究水平，有效提高了国际影响力；另一方面取得了具有自主知识产权的新技术，为将来钙钛矿太阳能电池的商业化奠定了良好的基础。（青岛生物能源与过程研究所）

日本丰田、马自达、电装3家公司将合作研发电动汽车

日本汽车公司丰田、马自达和大型汽车零配件制造商电装公司9月28日宣布，3家公司就合作研发电动汽车相关技术签署合同，并决定为此成立一家新公司。3家公司在28日联合发布的新闻公报中说，丰田、马自达、电装将分别以90%、5%、5%的比例总计出资1 000万日元（1美元合计112.7日元）。新公司总部设在离丰田总部所在地不远的名古屋市，主要从事能覆盖各级别、各车型的电动汽车基本构造相关技术的研发工作。新公司的专职工程师主要从三家公司借调。近年来，世界许多国家和地区对温室气体排放的限制日趋严格，一些地方甚至硬性规定了销售车辆中必须有一定比例的电动汽车。丰田环保型汽车战略一直以混合动力车和燃料电池车为核心，不过，2016年11月，丰田披露计划到2020年建立并完善纯电动汽车批量生产体系。2017年8月，丰田和马自达达成资本合作协议，决定加速推进纯电动汽车的共同研发。本次3家公司合作既能发挥各家长处，增强在电动汽车领域的整体竞争力，又能避免单独研发所需巨大的资金、人力和时间成本。（新华网）

世界首块大面积碲化镉薄膜弱光发电玻璃成功下线

近日，中国建材集团有限公司旗下成都中建材光电材料有限公司生产的世界第一块大面积碲化镉薄膜弱光发电玻璃在四川成都成功下线，标志着中国首条具有国际先进水平的年产80兆瓦碲化镉薄膜弱光发电玻璃工业4.0示范生产线正式投产。现已实现实验室转换效率17.8%，小组件转换效率14.5%，达到国内领先水平。此次成功下线1.2m×1.6m的薄膜弱光发电玻璃产品，是在普通玻璃上镀上碲化镉光电材料，让普通玻璃从绝缘体变成可导电的导体，进而变成可发电的建筑材料，实现了玻璃与材料的有机结合。该产品即便在弱光条件下也可通过光电转化产生电能，是一种绿色可回收可发电的多功能建筑材料，可替代砖头、幕墙等建材，为大规模光伏建筑一体化的实施奠定了坚实基础。此项技术的突破，标志着中国建材不仅掌握了全球领先的大面积碲化镉发电玻璃自主核心技术，而且也打破了国外巨头的垄断。（新华网）

天津大学封伟教授团队：基于高能量偶氮基光热转换材料的温度控制技术

开发可利用清洁、可再生太阳能新材料和新技术是解决全球性能源危机的重要途径。作为一种热辐射能，太阳能的利用主要包括光—电和光—热转换2种方式。但是目前的光热转换技术主要通过快速热聚集将太阳热能存储于材料中，不仅对材料的耐高温性要求极高，而且在存储与传输的过程中，不可避免的会与外界低温环境发生热传递，缩短了存储周期，大幅降低了光热能的利用效率。因此，开发出兼具高效吸收、稳定存储与可控释放的新型光热转换材料，是实现太阳热能可持续利用的重要基础。

目前的光热转换材料主要依赖有机/有机金属分子的光致可逆电环化和异构化反应，但是受自身分子结构限制，该类光致变色分子普遍存在异构体的能级差小、高能态结构稳定性差和结构转变不易控制的问题，导致材料的存储容量低、周期短，并且难以实现能量的可控释放，限制了其在热驱动和热控制领域的进一步应用。针对该技术难点，天津大学材料学院封伟教授带领的团队，近十年一直围绕偶氮基光热转换材料的分子设计、结构优化与存储与释放控制领域，开展了一系列的研究工作，提出了通过优化分子间相互作用力和空间位阻提升光热分子的存储容量和稳定性关键技术，并一直致力于开发具有温度自动控制功能的光热一体化结构，实现光热能的高效直接利用。

近日，封伟教授团队在分子模拟的基础上，合成了两种具有不同连接结构的对位磺酸取代双枝偶氮苯分子。针对光热材料的复杂微观结构限制其放热控制的技术难点，该团队还研究了rGO-bisAzo-2层状复合膜的可控诱导放热过程及其对材料温度的影响规律。结果显示，rGO-bisAzo-2复合膜不仅可以实现在>3个月范围内的稳定存储，而且还可通过绿光或加热诱导，使光热能在5分钟内全部释放，功率密度可达1 310W/kg。目前封伟教授团队正在尝试通过优化光热转换与释放过程，构建基于光热转换与利用功能的一体化热控制结构，提升其在极端环境下提供稳定能源的能力。（天津大学）

提升循环寿命 锂-氧电池反应机理研究获进展

锂-氧电池与锂-离子电池相比，具有更高的理论比能量，吸引了学术界和工业界的广泛关注。目前，锂-氧电池表现为循环稳定性较差，这归因于氧还原物种（O2，LiO2和Li2O2）和电池组件（电极材料和电解液）之间的副反应。若要消除这些副反应，需要从本质上理解氧还原物种的化学性质。O2和Li2O2已從实验和理论上研究得较为透彻，而LiO2由于在常规实验条件下不易获得，因此其化学性质尚不清晰。

中国科学院长春应用化学研究所彭章泉团队，报道了一种在液氨（-78℃）中合成LiO2的方法，比较了O2，LiO2和Li2O2在液氨中的化学反应性，首次从实验上证明LiO2是锂-氧电池中反应活性最高的氧还原物种，并从理论上给出了LiO2在液氨中的反应机制。同时，证明LiO2中间产物的存在时间越短，锂-氧电池的可逆性越高。

基于对锂-氧电池氧还原反应中间产物化学性质的理解，研究团队开发了具有高度化学和电化学稳定性的电解液体系，与目前的醚类电解液相比，提升了电池的循环寿命。（长春应用化学研究所）

投资18亿元，御捷新能源汽车技改项目开工奠基

9月25日，河北御捷集团新能源汽车重大技术改造提升项目在河北省清河县经济开发区正式奠基并开工建设。据悉，该制造基地是原有清河基地基础上进行的技术提升改造项目，项目占地面积约55万m2，投资18亿元。

该项目得到了邢台市及清河县政府的大力扶持，完全建成后，新增工业产值将超50亿元、年利税超4亿元，将满足河北御捷集团新能源乘用车智能化制造的生产需求，此次的技术改造升级，对河北御捷集团聚焦小型、轻量、智能、安全、环保的发展战略具有长远意义。

2017年7月31日，御捷获得了国家工信部新能源乘用车的生产资质，自此，预示着河北御捷集团迎来了转型升级的全新格局。而随着新能源乘用车在市场上的逐步渗透，国家对新能源企业提出了更明确的准入要求。御捷董事长张立平表示，此次的升级改造项目的整体布局和生产线设备将利用最新的行业技术，完全依照未来御捷新能源汽车的智能化、轻量化、小型化等产品特点量身打造。为实现智能制造，扩容升级后的工厂将实现全自动快速冲压生产线、六轴机器人自动化转运、机器人自动化焊接、水性漆机器人自动喷涂和空调循环风的节能环保工艺、智能自动传输系统等智能制造工艺，建设投产后将打造成为集智能汽车互联网云技术为一体的现代化汽车生态园。御捷集团成立于2009年，历经9年，怀揣着扎实的制造基础和技术积累，从低速电动车成功迈入新能源汽车领域，这在行业内绝无仅有。御捷始终坚持走人性化、服务化、国际化的绿色低碳可持续发展之路，立志成为高科技、高品质、智能化、零排放的新时代出行创领者，努力建设一个具有国际竞争力的创新型纯电动汽车企业。（中国汽车报）

无溶剂固态超级电容器研发成功

德雷克塞尔大学的一个科研小组研究出了一种类似织物的电极材料，这种电极能让电池和超级电容器更快、更安全地蓄电。他们设计的新型超级电容器看起来像是被注入了明胶的毛茸茸的海绵，其对设备中的常用组件“可燃性电解质溶液”起到了独特的替代作用。电池和超级电容器内的电解质液可能具有腐蚀性、毒性和易燃性。为了配合先进的移动设备技术，常常需要压缩储能设备，但这使得储能设备容易发生短路，就像最近三星的Galaxy Note手机一样，混合的易燃电解液很容易燃烧。生产这种耐用设备的关键是纤维状电极框架，该团队采用“电纺丝工艺”来制作。所谓电纺丝工艺是通过放出旋转电场，从而将纤维垫形式的碳聚合物沉积在一起，这一过程在微观层面看起来像制作棉花糖。

然后将离子凝胶吸附到碳纤维垫中，产生完整的电极——电解质网络。其优异的性能特征也与这种独特的组装电极以及电解质溶液的方式密切相关。因为它们的接触面很大。如果你将储电装置看作一碗玉米片，那么储电的地方大概就是这些碎片与牛奶相遇的地方——科学家称之为“双电层”。储电的导电电极与携带电荷的电解液相接触。理想情况下，在玉米片碗中，牛奶将通过所有的薄片，让每一个薄片都能完全被涂抹——不会太松脆，而且不会太潮湿。但当玉米片堆积起来时，通过对比可以发现，牛奶或电解质溶液并没有完全通过，即顶部的薄片是干的，而底部的薄片是饱和，那么这就不是一碗很好的玉米片，其电化学量——通向电极活化部位的电子相互堵塞，对于储能来说并不理想。Vibha Kalra团队研发的固态超级电容器就像将切碎的小麦放在碗里而不是玉米片。其松懈的结构使得牛奶渗透并涂覆小麦，如同离子凝胶渗透到Vibha Kalra研发的固态超级电容器的碳纤维垫中。该碳纤维垫为进入电极的凝胶离子提供了更大的接触面积，增加了电容量并提高了储能装置的性能。它也卸除了许多作为物理电极的在储能过程中不起作用的脚手架材料，这一改进使得装置的整体重量大大减轻。（新华社）

清华大学：在超长寿命高倍率锂离子电池材料研究方面取得突破

9月20日，清华大学材料学院唐子龙教授研究组在《自然 通讯》上发表题为《一种钛酸锂水合物——用于快速充放电且稳定循环的锂离子电池》的研究成果。该成果针对钛基储能材料领域，报道了一系列钛酸锂水合物，應用于超长循环寿命且高倍率性能的锂离子电池，有效拓展了储能材料的研究范围，并提供了电极材料改性的新思路。目前常用的锂离子电池均采用有机电解液，其中所含的电解质六氟磷酸锂是一种遇水易分解的物质，因此传统观念中锂离子电池的电极材料都是需要在高温下煅烧来充分除水。但是这会使得材料发生颗粒团聚和晶粒粗化等难以避免的副反应。而唐子龙教授研究团队发现的锂-氢-钛-氧（Li-H-Ti-O）体系材料与目前国内外报道的性能优异的锂-钛-氧（Li-Ti-O）体系、钛-氧（Ti-O）体系材料（包括纳米化、掺杂和包覆之后的材料）相比，具有相当甚至更加优异的电化学性能。作为含“水”的电极材料，这类钛酸锂水合物能够在高电压有机电解液体系中实现长达上万次的稳定循环，这打破了人们的传统认知。在材料晶体内部牢固结合的所谓“结晶水”，非但没有破坏电极材料在有机电解液体系下的电化学性能，反而促进了晶体结构的多样性（如二维层状）以及纳米复合材料的构筑，从本质上提高了材料的离子扩散系数。（清华大学）