能源情报网信息监测服务平台 Energy knowledge resource center | Advanced energy information network system

微信公众号

您当前的位置: 首页 > 科研进展

科研进展共计 838 条信息

      全选  导出

1 美国科学家研发“木制电解质” 具有创纪录导电性 2021-10-24

如今的锂电池通常使用液体电解质在两个电极之间携带离子,但着眼于固体替代品的科学家们近期看到了一些令人兴奋的机遇。其中一项新研究的作者使用从木材中提取的纤维素作为固体电解质的基础,这种固体电解质像纸一样薄,可以在电池循环时弯曲以吸收压力。 如今锂电池中使用的电解质的一个缺点是,它们含有挥发性液体,如果设备短路,就有起火的风险,并且会促进被称为枝晶的形成,从而影响性能。与此同时,固体电解质可以由非易燃材料制成,使设备不容易形成枝晶,并可能围绕电池结构开启全新的可能性。 其中一种可能性与阳极有关,它是两个电极中的一个,在今天的电池中,它是由石墨和铜混合制成的。一些科学家认为,固体电解质是使电池用纯金属锂制成的阳极工作的关键垫脚石,这可能有助于打破能量密度瓶颈,并使电动汽车和飞机在不充电的情况下行驶得更远。 到目前为止,许多固体电解质都是由陶瓷材料制成的,陶瓷材料在导电离子方面非常有效,但由于其脆性,在充电和放电期间并不能很好地承受压力。布朗大学(Brown University)和马里兰大学(University of Maryland)的科学家们寻找了一种替代方法,并以木材中发现的纤维素纳米纤维为起点。 这些木材制成的聚合物管与铜结合,形成了固体离子导体,其导电性与陶瓷类似,比其他聚合物离子导体好10到100倍。根据研究小组的说法,这是因为铜的加入在纤维素聚合物链之间形成了“离子高速公路”的空间,这使得锂离子能以创纪录的效率移动。 “通过将铜与一维纤维素纳米纤维结合,我们证明了通常离子绝缘的纤维素在聚合物链中提供了更快的锂离子传输,”研究作者Liangbing Hu说,“事实上,我们发现这种离子导体在所有固体聚合物电解质中实现了创纪录的高离子电导率。” 由于这种材料像纸一样薄且有弹性,科学家们相信它能更好地承受电池循环时的压力。他们还说,它具有电化学稳定性,可以容纳锂金属阳极和高压阴极,或者可以作为一种粘结材料,在高密度电池中封装超厚的阴极。 研究人员表示,“锂离子通过我们通常在无机陶瓷中发现的机制在有机固体电解质中移动,使离子电导率达到创纪录的高水平。使用自然提供的材料将减少电池制造对我们环境的整体影响。”这项研究已于近期发表在了《自然》杂志上。 查看详细>>

来源:中国能源网 点击量:2

2 中国科大团队发明“高温固体胶” 降低氢燃料电池成本 2021-10-23

记者22日从中国科学技术大学获悉,该校梁海伟教授课题组与北京航空航天大学水江澜教授等合作,发明了“高温固体胶”。 该成果10月22日发表在国际权威期刊《科学》(Science)杂志上。据介绍,该项研究对降低氢燃料电池成本,推动其大规模产业化具有重要意义。 氢燃料电池是一种高效、清洁、无碳的发电装置,其工作原理是氢气和空气中的氧气分别在电池的阳极和阴极发生氢氧化和氧还原两个电化学反应,从而高效地将化学能转变成电能。然而,氢燃料电池阴极需要使用大量铂基催化剂来催化氧还原反应。铂是一种贵金属,这就使得氢燃料电池的造价非常昂贵。发展高活性催化剂、减少铂使用量,是氢燃料电池大规模商业化的关键所在。 梁海伟教授联合团队通过高温“硫固体胶”的合成方法,利用硫原子与铂原子之间强烈的相互作用,如固体胶般将铂基合金纳米颗粒在高温下“粘”在碳载体上,有效防止了纳米颗粒在高温下尺寸变大,成功制备了46种铂基合金(金属间化合物)燃料电池催化剂。基于构建的庞大催化剂“家族”,他们研究发现铂基合金催化活性与其表面应力存在强关联性。基于该发现,他们预测若能通过减小铂合金催化剂的晶格参数增大压缩应变,有望将催化性能进一步推向峰值。 研究人员从合成的46种催化剂“家族”中筛选出数种高活性催化剂,使得氢燃料电池性能达到了目前世界先进水平。和商业铂碳催化剂相比,他们所合成的铂镍合金催化剂的活性高5倍以上。当铂的使用量只有商业铂碳催化剂的十分之一时,他们所合成的铂钴合金催化剂表现出与商业铂碳催化剂相当的燃料电池性能。 审稿人认为,“这项研究展示的尺寸小于5纳米的金属间化合物纳米颗粒对催化应用至关重要。作者向我们展示了系列二元和多元铂基金属间化合物的尺寸控制合成,令人印象深刻。” 梁海伟表示,他们制备高性能铂合金氢燃料电池催化剂的方法是一种普适性方法,有望大幅降低铂使用量,从而降低燃料电池成本。 查看详细>>

来源:中国新闻网 点击量:4

3 国产大型水电解制氢装置取得重大突破 2021-10-20

近日,大连化物所燃料电池系统科学与工程研究中心研制的兆瓦级质子交换膜水电解制氢(以下简称“PEM水电解制氢”)系统,在国网安徽公司氢综合利用站实现满功率运行。经专家现场测试,该系统额定产氢220标准立方米/小时,峰值产氢达到275标准立方米/小时。 大连化物所方面告诉记者,这是PEM水电解制氢系统首次突破兆瓦级。随着技术进步,成本进一步下降,PEM水电解制氢将与碱性水电解制氢成为主要制氢技术。业内分析认为,国产大型PEM水电解制氢装置取得重大突破,将进一步为大规模可再生能源制氢示范奠定技术基础。 重要技术路线 目前,制氢方式分为化石能源制氢、工业副产制氢以及可再生能源制氢三大类,化石能源制氢和工业副产氢仍是主要应用方向,可再生能源制氢则是未来趋势。 根据电解槽隔膜材料的不同,理论上通常将水电解制氢分为碱性水电解(AE)、质子交换膜(PEM)水电解以及高温固体氧化物水电解(SOEC)。据专家介绍,高温固体氧化物水电解制氢,对设备要求高,技术难度更大,且工作环境苛刻,目前技术成熟度不高,未走向工业应用。 中船重工集团718研究所工作人员介绍称,目前工业化应用的电解槽主要分两种技术路线,第一种是碱性电解槽、第二种是PEM电解槽。“我国目前最成熟的电解水制氢技术是碱性电解水技术,在上世纪八九十年代就已开始研发应用,不过随着PEM电解制氢的逐渐成熟,渗透率有望快速提升,预计未来两种制氢方式二分天下。” 今年以来,国内水电解制氢设备需求迎来大幅上涨,PEM水电解制氢技术进展迅速。目前,国内有中科院大连化物研究所、中船重工集团718研究所等单位开展PEM水电解制氢技术研究,其设备订单同比都有明显增长,但当前国内交付应用的设备大多是小型电解槽。 具备独特优势 中科院大连化物所一位水电解制氢技术研究员告诉记者,碱性水电解制氢综合成本低,但存在碱液流失、腐蚀、能耗高等问题,适应波动性较差,与风光结合时需要配备储能。与之相比,PEM水电解制氢技术的运行电流密度高、能耗低、产氢压力高,适应可再生能源发电的波动性特征,易于与可再生能源消纳相结合。 质子交换膜制备曾长期被杜邦、戈尔等美国和日本少数厂家垄断,目前,国内东岳、科润等企业正积极布局,东岳150万平米质子交换膜生产线一期工程已投产,科润100万平米质子交换膜项目也已开工。随着国内技术的不断突破,国产质子交换膜实现进口替代的空间巨大。 在投资成本方面,目前PEM电解的投资体量是碱性电解的5-10倍,PEM电解成本投入也比碱性电解水至少多一倍。上述研究员认为,可再生能源快速发展的背景下,PEM水电解制氢具有独特优势,值得发展,目前需要攻克贵金属催化剂成本过高、质子交换膜国产化等问题。 “碱性水电解设备单位造价低但开机速度长,PEM水电解设备单位造价高,但开机速度快,因此对于可再生能源发电制氢而言,需要寻求功率稳定和波动较小。事实上,这两种水电解制氢技术并不矛盾,考虑到经济性、适应性,未来应用方向应以碱性设备结合PEM设备为主。”中船重工集团718研究所工作人员告诉记者。 市场空间广阔 国际能源署(IEA)统计数据显示,近年来全球电解水年新增装机容量快速增长。2014年,全球电解水新增装机仅9100千瓦,到2019年,全球电解水装置当年新增规模达25400千瓦。同时,IEA预测,2020-2023年,电解水年新增装机容量将呈现高速增长,到2023将达143.31万千瓦,较2014年相比,年均复合增速将高达75.44%。 PEM电解制氢技术因可以快速启停,能匹配可再生能源发电的波动性,提高电力系统灵活性,正逐渐成为可再生能源发展和应用的重要方向。中国氢能联盟的数据显示,2020年,我国氢气年需求量为3342万吨,主要供应来源于化石能源制氢和成本较低的工业副产制氢,可再生能源电解制氢仅占总供应量的1.52%左右,约51万吨。 在碳达峰、碳中和目标下,我国氢气年均需求将达3715万吨,煤制氢结合碳捕捉和封存(CCS)技术和可再生能源电解制氢将成为有效的供氢主体,可再生能源电解制氢占整体的比例将提升至15%。申万宏源证券的报告显示,届时,水电解制氢设备需求量将持续提升,市场巨大。 查看详细>>

来源:中国能源网 点击量:9

4 我国研究人员提出颗粒细化诱导机制 提高电池容量 2021-10-20

近年来,钠离子电池备受关注,因为钠储量丰富,而且这种电池的成本较低。具有较高的Na+存储能力和循环稳定性的电极,对提高钠离子电池的能量密度和倍率性能至关重要。 据外媒报道,最近,中国科学院大连化学物理研究所研究员李先锋、副研究员郑琼团队和燕山大学教授唐永福团队合作,提出了钠/锂离子电池电极储能的新机制。 研究人员设计了一种珊瑚状FeP复合材料,可锚定FeP纳米颗粒,并将其分散在氮掺杂的三维碳骨架上(FeP NC)。珊瑚状FeP NC复合材料具有较短的电荷转移路径和较高的导电氮掺杂碳网络,改善了该复合材料的电荷转移动力学。 此外,由于FeP纳米颗粒周围具有高度连续的N掺杂碳骨架和弹性缓冲的石墨化碳层,基于FeP NC复合材料的钠离子电池表现出超稳定的循环性能,在10A/g下经过10000次循环后,其容量保持率为82.0%。 更重要的是,研究人员将电化学研究和原位电子显微镜表征分析结合起来,确定了一种独特的颗粒细化机制,可在循环过程中诱导容量增加,这种容量增强效果在小电流下更加明显。 研究发现,FeP纳米颗粒在第一个循环中经历了细化-复合过程,经过数十个循环后,呈现出全区域细化的趋势。这导致石墨化程度和界面磁化强度逐渐增加,为Na+存储提供了更多的额外活性位点,并有助于提升循环容量。这种容量提升现象也可以扩展至锂离子电池,在10A/g下循环5000次后,锂离子电池的容量保持率为90.3%。 查看详细>>

来源:中国能源网 点击量:10

版权所有@2017中国科学院文献情报中心

制作维护:中国科学院文献情报中心信息系统部地址:北京中关村北四环西路33号邮政编号:100190