新能源材料

宁德时代牵头成立的电化学储能技术国家工程研究中心获批

由宁德时代牵头，联合清华、厦大等6所高等院校和中国电力科学院、中国汽车技术研发中心等2家科研院所以及厦门钨业等7家上下游企业共同组建的研究中心获批“国家工程研究中心”——电化学储能技术国家工程研究中心。据悉，这是国家与改革委员会2018年以来批复的唯一一家国家工程研究中心。据了解，该工程中心聚焦动力电池领域存在的“里程焦虑”、“安全焦虑”、“寿命焦虑”、回收和再利用体系不健全等突出问题，重点开展高能量与高功率密度电池、超短快充电池、高寿命电池、电池管理系统精算、超强环境适应性的电池包设计、电池梯次利用与循环再生利用、电池安全性与耐久性评估等关键核心技术开发和工程化，推动先进储能技术、工艺、产品和装备研制和转移转化，提升动力电池领域产业技术进步和核心竞争力，推动我国动力电池产业发展。

该工程中心预计2020年底完成筹建工作，突破高功率密度电池、超短快充、超长循环寿命等储能关键核心技术，目标到2027年建成一个技术创新平台。（宁德晚报）

公交车有望率先实现全面新能源化

12月5日，工业和信息化部赛迪顾问在京发布《2018中国新能源公交车城市推广研究报告》。报告显示，目前中国每3辆公交车中就有一辆是新能源车型；报告预测，公交车有望率先实现全面新能源化。

经过10余年的发展，新能源公交车在全国各地已不鲜见，在发挥节能减排效用的同时，通过技术积累不断推动产业成熟发展。科技部、财政部、发展和改革委员会、工业和信息化部在2009年1月共同发起“10城千辆工程”，重点推进新能源汽车在大中城市公共交通领域中的发展。历经10年时间，新能源公交车已经大量置换传统公交车，成为全国各地公共交通新选择。在北京，新能源公交车筑起了长安街上的移动风景线。

全国各地都在加紧新能源公交车的置换投运工作。从工业和信息化部了解到，截至2017年底，我国交通运输行业新能源公交车累计超过25万辆，占全国公共汽电车总量的近40%。其中广东省广州市和西藏自治区、新疆生产建设兵团新增和更换公交车中新能源汽车比重达100%，湖南省长沙市新能源公交车辆比例超过80%，浙江省杭州市主城区新能源和清洁能源公交车辆达100%。

根据“十三五”城市公共交通发展规划纲要，到2020年，全国重点区域的直辖市、省会城市、计划单列市建成区公交车将全部更换为新能源汽车。据交通运输部公路科学研究院预测，在“十三五”期间，全国新能源公交车的能源消耗量将累计降低593万t标准煤，减少碳排放1 250万t。除了带来实实在在的减排效果，“先走一步”的公交行业还通过技术的迭代推动了国家新能源汽车产业发展。相较于欧美等发达国家，中国汽车行业起步晚，制造技术底子薄。在国家确定发展新能源汽车战略后，传统汽车制造业难以提供有效助力。而公交行业作为城市交通体系的组成部分，具有运营线路和里程固定、有专属停车场站建设充电设施和有公共财政补贴等优势，为新能源汽车的研发、生产、投运提供了便利环境。许艳华表示，如今中国动力电池在全球范围内的出货量已经占到60%以上，公交先行战略有效刺激了新能源汽车产业的技术进步，整体性能已经大幅提升。（人民网）

钙钛矿太阳能电池材料与器件取得系列进展

近年来，钙钛矿太阳能电池凭借迅猛的发展受到了全球光伏产业从业人员以及各国科学家的广泛关注。其高的太阳能转换效率、简单的制备工艺和低廉的制造成本使其成为学界和工业界炙手可热的“明星”。钙钛矿太阳能电池实际应用的重要瓶颈和关键问题在于如何实现低成本、大面积、高效率器件及解决稳定性的难题。

在中国科学院战略性先导科技专项和国家自然科学基金委的支持下，中国科学院化学研究所分子纳米结构与纳米技术重点实验室研究员胡劲松课题组在这一领域开展了系统且深入的研究，并于近期与相关合作者们一起取得了系列新进展。他们开发了一种风刀涂布方法，实现了大面积钙钛矿薄膜、电子传输层（ETL）和空穴传输层（HTL）的高质量涂布，在全程不需旋涂和反溶剂的情况下，获得了转换效率（PCE）可达20%以上的电池器件，为高效率钙钛矿光伏器件的低成本规模化制备提供了一种思路。在HTL方面，开发了新型低成本、易制备的二维共轭有机小分子空穴传输材料OMe-TATPyr代替spiro-OMeTAD，实现了平均20% 的PCE。在ETL方面，研究人员发现在无 ETL时透明电极与钙钛矿薄膜间的费米能级差距减小，接触界面能带弯曲减弱，因此对光生电子的抽取及光生空穴的排斥作用同时减弱，使得电子在界面的转移效率急剧下降，导致载流子复合严重，器件PCE降低。这一新的理解突破了对钙钛矿光伏器件结构与异质结界面的传统认识，阐释了无ETL器件PCE低的原因。据此，提出通过延长载流子寿命来解决无ETL钙钛矿光伏器件转换效率低的新方案。发现当载流子寿命接近微秒时，无ETL器件的PCE可以接近传统p-i-n结构器件，并且获得了PCE为19.52%的无ETL钙钛矿光伏器件。这些结果为突破钙钛矿器件对传统器件结构的依赖迈出了重要的一步，也为钙钛矿光伏技术的理论研究和低成本规模化制备提供了深入理解和多样化的选择。（中国科学院化学研究所）

制备高效稳定的模块化钙钛矿器件取得进展

金属卤化物钙钛矿作为一种直接带隙半导体材料，具有结构可设计性、带隙可调、禁带宽度合适、载流子迁移率高及成本低廉等优点，是第3代薄膜太阳能电池的代表性材料。然而三维钙钛矿对水氧的敏感性，导致器件在自然工作状态下效率急剧衰减，严重阻碍了钙钛矿太阳能电池的商业化进程。二维钙钛矿作为三维钙钛矿的延伸材料，因其疏水性和对光照的不敏感性，稳定性大为提高。由于二维材料结构的特殊性，电子或空穴受量子尺寸效应限制，其寿命和迁移率远低于三维结构，因而其器件光电转化效率明显低于三维钙钛矿。这种稳定性与高效率之间的矛盾成為实际应用的一个难题。在国家自然科学基金委、科技部和中国科学院的支持下，中科院化学研究所绿色印刷重点实验室研究员宋延林课题组科研人员利用绿色纳米印刷技术，在钙钛矿单晶的精细图案化组装、印刷柔性太阳能电池和钙钛矿可穿戴器件方面开展了一系列研究。

最近，该实验室的研究人员与澳门大学物理学院合作，成功将纯相的二维钙钛矿引入到三维钙钛矿体系中，克服了载流子传输过程受量子尺寸效应的限制，制备出了高度趋向性的2D-3D钙钛矿横向抑制结薄膜，并利用印刷技术制备出高效率、高稳定性的模块化钙钛矿太阳能电池。如下图所示，他们选择具有长链双胺配体的二维钙钛矿，一方面抑制了多种二维相的形成，保证二维钙钛矿的超强疏水性。另一方面，二维钙钛矿中的胺分子可以与三维钙钛矿中的有机阳离子发生配位作用，可以使纯相二维钙钛矿镶嵌在三维钙钛矿晶界处，抑制载流子自晶界处的非辐射复合，阻挡水和氧在从晶界处腐蚀薄膜，得到了光电转换效率超过21%的钙钛矿太阳能电池。通过印刷技术制备出的模块化组件，在自然条件下，经过 3 000h的衰减测试，其光电转换效率仍然保持在初始值的90% 以上。500h的光照测试，模块化组件效率衰减不足10%。通过这种二维-三维钙钛矿结构设计，同时实现了超高效率和超稳定性的模块化钙钛矿太阳能电池，对推动钙钛矿太阳能电池的实际应用具有重要意义。（中国科学院化学研究所）

高性能、低成本的新型三元纳米片电催化剂制备成功

中国科学技术大学俞书宏团队和高敏锐团队合作，研制出一种高性能、低成本的新型三元纳米片电催化剂。其展现出工业级的优异电解水制氢潜能。近年来，国际学术界在全水解电极催化剂的设计制备方面取得了令人瞩目的进展。但是，寻找能在中性水电解质中同时展现高活性、高稳定性的非贵金属电催化剂仍是一大挑战。此次研究人员采用电化学沉积和固相磷化两步反应，设计并成功制备了镍掺杂的磷化钴三元纳米片电催化剂。其在中性条件下同时展现出优异的水还原及氧化电催化活性和稳定性。实验人员将这种三元材料作为中性水全分解电解池的阴极和阳极，发现其性能优于以商业贵金属材料作为电极制备的电解池。据介绍，该工作为发展廉价三元过渡金属磷化物作为电极，用于中性水电解制氢提供了新的思路，并展现出潜在的商业应用前景。（新华网）

可充放電锌离子电池及关键材料研发取得进展

锌具有最低的电化学势，体积能量密度是金属锂的3倍，并且在地壳中储量丰富、环境友好，因此锌是一种理想的负极材料。与锂离子电池相比，水体系工作的锌离子电池具有更高的安全性及更低的成本，适用于大规模能量存储领域。

但是，锌负极在循环充放电的过程中比金属锂更易形成枝晶，电池短路的风险极大，因此目前实际应用的锌离子电池都是单次使用的一次电池，而非像我们手机使用的可循环充放的锂离子电池。参考锂离子电池领域，采用Zn固态电解质替代电解液有望实现Zn的均匀沉积并抑制枝晶生长，从而推广Zn金属二次电池的应用。遗憾的是，由于二价Zn2+与晶格作用较强，目前尚未发现室温下Zn2+离子电导率较高的固态材料。

北京大学深圳研究生院新材料学院潘锋教授团队利用金属-有机框架材料（MOFs）具有利于离子快速迁移、高度可设计的有序孔道结构，首次研发成功基于MOFs的Zn-单离子导体固态电解质实现可稳定充放电循环的锌离子电池。团队利用离子化后修饰及离子交换等手段，成功地制备了基于MOF-808的Zn2+固态电解质（WZM）。它是一种固态的单Zn2+离子导体，室温电导率高达0.21mS/ cm，Zn2+离子迁移数为0.93，电化学窗口为2.20V，满足所有已知的锌离子电池正极材料。这与在电解液中的沉积形貌不同，在WZM固态电解质的作用下，锌的沉积均匀、致密且没有枝晶。

通过对比研究发现，这种优良的沉积形貌得益于带负电的MOF孔道对Zn2+的限制和诱导沉积机制。他们利用WZM固态电解质组装了Zn|WAM|VS2固态电池并进行了测试。室温下250个循环后该固态电池的容量保持率为首圈的89%，展现了良好的倍率性能。（北京大学）

北京理工大学在锂硫电池动力学调节方面研究取得新进展

近日，北京理工大学前沿交叉科学研究院黄佳琦课题组在锂硫电池动力学调节方面研究取得新进展。该研究利用原位刻蚀的Ni3FeN促进多硫化物的表面反应，并采用先进的表征技术揭示了原位催化转化机理。该工作开拓了多金属合金/化合物作为高倍率Li-S电池动力学促进剂的新思路，也提出了催化表面反应和缺陷化学作用的新见解。

因为具有较高的理论比能量，Li- S电池作为锂离子电池最有希望的替代品受到极大的关注。其高能量密度依赖于可逆的表面电化学反应，在硫正极中引入电催化活性成分可以有效加速表面反应动力学，从而提高硫的利用率并减轻多硫化物的穿梭效应。然而，在电池工作条件下催化剂的真实活性相此前几乎没有被验证过。深入挖掘表面反应机理，探明催化剂活性的来源对于指导催化剂设计具有关键作用。

类似于金属催化剂设计的合金化策略，该团队在单金属化合物中引入外在金属，活化了原来的惰性相化合物，从而促进多硫化物的表面反应动力学。以六方氮化镍（Ni3N）作为概念验证，其对多硫化物的催化活性较差。在引入铁元素后，Ni3N转变为高活性的立方镍铁氮化物（Ni3FeN）。在Ni3FeN中，处于立方结构顶角处的较高正电性的铁（与镍相比）倾向于通过多硫化物的刻蚀过程浸出，从而在镍位点的周围留下大量空位缺陷，极大地提高了Ni3N的催化活性。铁元素通过多硫化物的原位刻蚀作用而浸出，产生高活性的富空位相，从而促进了多硫化物的动力学转化过程。这种富空位的Ni3FeN催化的Li-S电池表现出优异的倍率性能和高硫负载下的循环稳定性，并且可以极大降低电解液用量。这项工作不仅阐述了惰性单金属化合物的外在金属活化机制，也证明了原位相演化和空位的形成在调节催化反应中的重要作用。（北京理工大学）

全国第1个电池储能试验示范项目落户甘肃

近日，从甘肃省发展改革委获悉，为推动电力系统储能新技术应用，提高电力系统安全稳定性，促进新能源消纳，国家能源局复函同意甘肃省开展国家网域大规模电池储能电站试验示范工作。

甘肃网域大规模电池储能电站是国家批复同意的全国第1个电池储能试验示范项目，按照“分期建设、分布接入、统一调度”的原则实施，选址在酒泉、嘉峪关、武威、张掖等地建设。其中一期建设规模720 MWh，总投资12亿元，电站储能时间4h，计划2019年建成，后续将根据电网调峰需要及市场情况继续扩建。示范项目建成后，将成为国内最大商业化运营的储能虚拟电厂，对推动我国规模化储能技术发展进步，提升电网系统调峰能力等具有积极促进作用。（甘肃日报）