美科學(xué)家首次以納米精度檢測太陽能電池

近日，美國家技術(shù)標準研究院（NIST）發(fā)布消息聲稱，該機構(gòu)研究人員利用2種新技術(shù)，首次以納米級精度檢測了廣泛使用的太陽能電池的化學(xué)成分及缺陷的變化。新技術(shù)檢測了用碲化鎘半導(dǎo)體材料制造的常見太陽能電池，有望幫助科學(xué)家更好地了解太陽能電池的微觀結(jié)構(gòu)，并可能提出進一步提高太陽能光電轉(zhuǎn)化效率的方法。在研究中，NIST科學(xué)家利用2種依賴原子力顯微鏡（AFM）的輔助方法，通過光誘導(dǎo)共振（PTIR）來測量太陽能電池樣品從可見光到中紅外線的寬波長范圍吸收光的數(shù)量，從而在納米級尺度得到太陽能電池的構(gòu)成及其缺陷。另一項技術(shù)，被稱為掃描近場光學(xué)顯微鏡（dt-NSOM），通過記錄特定位置傳輸光的數(shù)量來捕捉太陽能電池的組成及缺陷的變化，從而形成詳細的納米尺度圖像。實驗表明，材料晶體排列的缺陷與其化學(xué)構(gòu)成中的雜質(zhì)相關(guān)，新技術(shù)能檢測碲化鎘樣品中所謂的深層次缺陷的空間變化。這些缺陷引起碲化鎘與其它半導(dǎo)體中的電子和質(zhì)子（帶正電荷的顆粒）重新組合而不是發(fā)電，這是導(dǎo)致太陽能電池?zé)o法取得理論成效的關(guān)鍵原因之一。該研究成果具有廣泛適用性，將有助于太陽能電池研究，更好地了解各種光伏材料。（科技部）

新工藝獲取熱電材料更經(jīng)濟快速

俄羅斯國家研究型工藝技術(shù)大學(xué)（NUST）節(jié)能中心的研究人員近日開發(fā)出一種全新方法，可經(jīng)濟快速地研制航天器中高效熱電發(fā)生器所需材料，這種材料能直接將熱能轉(zhuǎn)化為電能。相關(guān)文章發(fā)表在《材料化學(xué)學(xué)報A》上。

新制作方法利用了金屬化合物的結(jié)構(gòu)特點，他們借此創(chuàng)建出含有空隙的金屬化合物晶體，再用原子填充這些空隙。所獲得的熱電材料含有2種原子：固定在晶格內(nèi)可保障高導(dǎo)電性的原子，以及自由移動能大大降低熱導(dǎo)率的原子。

此前研究采用的熱電材料獲取方法耗時長，成本高。而科研小組成員安德烈·沃羅寧介紹稱，新工藝用銦作為填充物，選擇合適的金屬初始配比，在開放式反應(yīng)器內(nèi)合成所需材料，合成過程只需2min就可完成，退火需要5h。這種材料和合成的特點可使整個進程加快數(shù)十倍，從而降低所獲材料的成本。（科技日報）

俄巧用質(zhì)譜法成功剖析一種生物燃料成分

俄羅斯科研人員發(fā)現(xiàn)鈍頂螺旋藻可制成生物燃料，但其中雜質(zhì)較多且難以辨識。為此研究者用一種特殊“熏蒸”法與質(zhì)譜法結(jié)合，分辨出了這種生物燃料的所有成分，為改進這種燃料品質(zhì)鋪平了道路。

通過新方法，研究者發(fā)現(xiàn)鈍頂螺旋藻燃料的主要成分中沒有石油所含的碳氫化合物，其燃料成分與一種植物色素和數(shù)種有機染料較為近似。鈍頂螺旋藻是一種藍綠色浮游生物，體長可達500μm，分布在熱帶和亞熱帶的部分淡水湖中。莫斯科物理技術(shù)學(xué)院和莫斯科國立大學(xué)的研究者在新一期英國《歐洲質(zhì)譜學(xué)雜志》上報告說，這種螺旋藻能將其生活環(huán)境中的碳酸和太陽能轉(zhuǎn)化成糖類和其他營養(yǎng)物質(zhì)來養(yǎng)活自己，其生長和分裂增殖的速度快于很多進行光合作用的生物，具有用以研制生物燃料的潛質(zhì)。

在實驗中，研究人員先對鈍頂螺旋藻進行干燥處理，再用一種模擬石油生成條件的反應(yīng)器將其加熱到300℃并同時施加高壓，結(jié)果得到了液態(tài)可燃物和沉淀在反應(yīng)器底部的稠密膠質(zhì)物。但初步分析顯示，這2種物質(zhì)都含有大量雜質(zhì)，這些雜質(zhì)會干擾研究者分析這種生物燃料的有用成分，妨礙進一步改進工藝以提高燃料品質(zhì)。

從理論上說，綜合運用物質(zhì)分離、檢測離子電荷與質(zhì)量之比（質(zhì)荷比）并分析光譜的質(zhì)譜法可以鑒定上述螺旋藻燃料的成分。為了提高這種鑒定效果，俄研究人員在用鈍頂螺旋藻制作燃料前，先用重水和強堿溶液的蒸氣“熏蒸”并浸透該螺旋藻。在這兩種蒸氣的作用下，重水中的重氫（即氘元素）會融入該螺旋藻的多種分子中。在將如此加工過的螺旋藻制成燃料后，研究者用“傅里葉變換離子回旋共振質(zhì)譜法”，即根據(jù)給定場中的離子回旋頻率來測量離子質(zhì)荷比的質(zhì)譜分析方法，對該燃料的分子進行分析。這種質(zhì)譜法能對含有重氫的分子進行分辨率更高的成分檢測。檢測中所得到的特殊光譜還能與普通鈍頂螺旋藻燃料的光譜進行對照，協(xié)助確定該燃料的所有成分。參與這項研究的生物化學(xué)專家伊格爾·波波夫介紹說，通過上述新方法研究者發(fā)現(xiàn)鈍頂螺旋藻燃料的主要成分中沒有石油所含的碳氫化合物，其燃料成分與植物色素“亮綠”和數(shù)種有機染料較為近似。此外，該燃料還含有由氮族元素形成的化合物和氮氣等雜質(zhì)。

波波夫認為，上述發(fā)現(xiàn)有助于研究者進一步分析鈍頂螺旋藻燃料的哪種成分更適合加工成高效燃料，這種螺旋藻的哪個品種富含燃料成分。在解決這2個問題后，研究者將嘗試通過基因改造培育出更適合制作生物燃料的鈍頂螺旋藻。（新華網(wǎng)）

世界首例咸水8效淡化能源項目運營

6月27日，西北油田托甫臺基地“熱-電-太陽能-咸水淡化”能源綜合利用示范項目正式運營，其中世界首套低溫8效太陽能板式蒸餾苦咸水淡化裝置成功投產(chǎn)。此前2年試運行，能源綜合利用率達到90%。

托甫臺基地位于新疆塔克拉瑪干沙漠腹地，地下水質(zhì)復(fù)雜多變，傳統(tǒng)膜法運行成本高，制出水常呈現(xiàn)偏酸、礦化度高的現(xiàn)象，西北油田在裝配咸水淡化裝置時，綜合設(shè)計新能源的合理分布運用，首次將分布式電源、發(fā)電機余熱利用、太陽能集熱和咸水淡化等裝置集成化，形成資源整合、光熱互補的一體化技術(shù)。

這項技術(shù)是利用熱能，逐級將8個效間的咸水在95℃以下的低溫進行蒸發(fā)淡化，最后冷凝得到純凈水。經(jīng)過18項專業(yè)檢測，咸水淡化后符合國家生活飲用水衛(wèi)生標準。目前，3效和4效蒸餾在國內(nèi)較為常見，但是能效轉(zhuǎn)化率不理想，西北油田實施能效倍增計劃，聯(lián)合多家技術(shù)公司，裝備世界首例咸水8效蒸餾裝置，與常規(guī)裝置比較，在相同熱源的情況下，產(chǎn)水量提高近1倍，能源綜合利用率顯著提升。

該示范項目試運行期間每天轉(zhuǎn)化出淡水12m3，每立方米可節(jié)約成本10元，截至目前，累計發(fā)電651萬kWh，在滿足托甫臺基地用電的同時，外輸556萬kWh，創(chuàng)效278萬元。（中國石化報）

國內(nèi)首個風(fēng)電制氫工業(yè)應(yīng)用項目制氫站開工

近日，國內(nèi)首個風(fēng)電制氫工業(yè)應(yīng)用項目沽源風(fēng)電制氫項目制氫站開工建設(shè)。沽源風(fēng)電制氫項目由河北建投集團投資建設(shè)，制氫站規(guī)劃建設(shè)容量為10MW電解水制氫系統(tǒng)及氫氣綜合利用系統(tǒng)。項目建成后，可實現(xiàn)年產(chǎn)純度為99.999%的氫氣700.8萬m3。氫氣作為一種新型清潔能源，燃燒后生成的產(chǎn)物是水，無任何污染物排放。風(fēng)電制氫是一種新的能源利用模式，通過制氫設(shè)備將風(fēng)力發(fā)出的電能轉(zhuǎn)化為氫氣。依照規(guī)劃，該項目生產(chǎn)出的一部分氫氣將用于工業(yè)生產(chǎn)，另一部分將在氫能源動力汽車產(chǎn)業(yè)具備發(fā)展條件時，用于建設(shè)配套加氫站網(wǎng)絡(luò)，支持河北省清潔能源動力汽車發(fā)展。項目投產(chǎn)后，對提升張家口風(fēng)電消納能力具有重要意義，將探索出風(fēng)電本地消納的新途徑。（河北日報）

我國二氧化碳直接制液體燃料研究獲突破

近日，中國科學(xué)院上海高等研究院低碳轉(zhuǎn)化科學(xué)與工程重點實驗室在二氧化碳（CO2）利用領(lǐng)域取得重要進展，創(chuàng)造性地采用氧化銦/分子篩（In2O3/ HZSM-5）雙功能催化劑，實現(xiàn)了CO2加氫一步轉(zhuǎn)化高選擇性得到液體燃料。該研究成果于近日在《自然-化學(xué)》（Nature Chemistry）雜志上在線發(fā)表，并已申報中國發(fā)明專利和國際PCT專利。

多年來，中科院低碳轉(zhuǎn)化科學(xué)與工程重點實驗室在CO2高效活化轉(zhuǎn)化領(lǐng)域做了大量的研究工作并取得了系列研究成果。新型高效的CO2加氫合成甲醇催化劑于2016年完成了1 200h連續(xù)運轉(zhuǎn)的單管試驗以及10～30萬t/a二氧化碳甲醇技術(shù)工藝包的編制，后續(xù)將與企業(yè)合作開展千噸級工業(yè)側(cè)線試驗。近期，研發(fā)團隊又在CO2直接合成高碳烴類化合物方面取得了突破性進展。將CO2直接合成高碳烴類化合物的研究較少，主要是缺乏有效的催化劑體系。現(xiàn)有的CO2合成高碳烴類化合物的研究主要圍繞改性的鐵基費托催化劑，但效率不高且穩(wěn)定性不好。研究團隊成功地設(shè)計出了金屬氧化物/分子篩雙功能催化劑，在CO2高選擇性轉(zhuǎn)化為高碳烴方面取得突破。烴類產(chǎn)物中汽油烴類組分（碳數(shù)為5～11的烴類化合物）的選擇性高達近80%，而副產(chǎn)物甲烷的選擇性小于1%，汽油烴類組分以高辛烷值的異構(gòu)烴為主。雙功能催化劑是利用氧化銦表面的高度缺陷結(jié)構(gòu)來活化CO2并進行選擇性加氫，在實現(xiàn)CO2高效轉(zhuǎn)化為含氧中間體的同時可有效抑制副產(chǎn)物的生成，中間體傳遞至分子篩籠中，發(fā)生偶聯(lián)反應(yīng)得到汽油烴類組分。研究還發(fā)現(xiàn)，雙活性位的精準控制對汽油烴類組分的生成起著至關(guān)重要的作用。此外，研發(fā)團隊已完成了催化劑制備放大并得到高機械強度的工業(yè)尺寸顆粒催化劑，在工業(yè)條件下該催化劑體系具備了示范應(yīng)用的條件。該工作得到了審稿人的高度評價，被認為是CO2轉(zhuǎn)化領(lǐng)域的一大突破，為CO2轉(zhuǎn)化為化學(xué)品及燃料提供了重要的平臺。

目前，CO2資源化利用的研究主要集中在甲醇、甲酸、甲烷和一氧化碳等簡單小分子化合物的合成，然而，由于CO2分子的化學(xué)惰性，很難將其轉(zhuǎn)化為含有2個碳原子及以上的化合物。（中國科學(xué)院）

國內(nèi)首個新型磁懸浮風(fēng)力發(fā)電項目開建

6月6日，國內(nèi)首個新型磁懸浮垂直軸風(fēng)力發(fā)電項目在宜陽縣柳泉鎮(zhèn)丁灣村開工建設(shè)。該項目致力于實現(xiàn)國內(nèi)新型風(fēng)機制造產(chǎn)業(yè)化，打造綠色新型清潔能源基地。新型磁懸浮垂直軸風(fēng)力發(fā)電項目由匯民新能源投資集團和中韓亞泰集團聯(lián)合研發(fā)，擁有自主知識產(chǎn)權(quán)，填補了省內(nèi)乃至國內(nèi)空白。新型磁懸浮垂直軸風(fēng)力發(fā)電機組集磁懸浮技術(shù)、電機工程、動力機械等學(xué)科于一體，是指在0.8～15m/s風(fēng)速下不定向即可發(fā)電，“八面來風(fēng)”使風(fēng)葉帶動軸心產(chǎn)生動力、轉(zhuǎn)動機組發(fā)電，在高300m以上的荒地、荒山坡即可發(fā)電。據(jù)了解，新型磁懸浮垂直軸風(fēng)力發(fā)電機組具有微風(fēng)起動、高效發(fā)電、運行平穩(wěn)、使用安全、低碳環(huán)保等優(yōu)點。

河南匯民（集團）新能源科技有限公司董事長李建軍介紹，新型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機組是在原有技術(shù)基礎(chǔ)上，成功開發(fā)出的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的擴壓—引射型垂直軸風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，效率更高、功率調(diào)節(jié)范圍更廣、風(fēng)速的適應(yīng)范圍更大，基本能做到全天候運行，具有良好的市場前景。目前，該公司已具備年產(chǎn)100～150臺的能力。（河南日報）

氣態(tài)電解質(zhì)讓鋰電池在零下60℃高效運行

最新出版的《科學(xué)》雜志刊登了電解液化學(xué)研究領(lǐng)域的一項重大突破：美國科學(xué)家首次使用液化氣取代電解液，分別讓鋰電池和超級電容器在-60℃和-80℃還能保持高效運行。新技術(shù)不僅提高了電動車在寒冷冬季單次充電的運行里程，還能為高空極冷環(huán)境下的無人機、衛(wèi)星、星際探測器等提供電能?？茖W(xué)界普遍認為，電解質(zhì)是改進儲能裝置性能的最大瓶頸。液態(tài)電解質(zhì)已經(jīng)遭遇研究極限，許多科學(xué)家現(xiàn)在將目光聚焦在固態(tài)電解質(zhì)。但加州大學(xué)圣地亞戈分?？沙掷m(xù)電力和能源中心及能源儲存和轉(zhuǎn)換實驗室主任孟穎教授帶領(lǐng)其團隊，反其道而行之，研究氣態(tài)電解質(zhì)并取得突破。這些氣態(tài)電解質(zhì)能在一定壓力下液態(tài)化，且更能抗凍。

在新研究中，他們從大量氣體候選物中選出2種液化氣——氟甲烷和二氟甲烷，分別制成鋰電池和超級電容的電解質(zhì)，使得鋰電池的最低工作溫度從-20℃延伸到-60℃，超級電容的工作溫度從-40℃延伸到-80℃。而且，回到正常室溫后，這些電解質(zhì)仍能保持高效工作狀態(tài)。除了創(chuàng)造低溫工作紀錄，這些氣態(tài)電解質(zhì)還克服了鋰電池中常見的熱失控問題，更具安全優(yōu)勢。熱失控是電池中的熱量惡性循環(huán)，電池工作時溫度會升高，啟動一系列化學(xué)反應(yīng)，這些反應(yīng)產(chǎn)生的熱量反過來進一步讓電池變熱，使電池膨脹而毀壞。但氣態(tài)電解質(zhì)在高于室溫的環(huán)境下，會啟動一種天然關(guān)閉機制，讓電池失去導(dǎo)電性停止工作，從而防止電池過熱。最新研究還克服了鋰電池充放電壽命太短的另一大挑戰(zhàn)。因重量輕且能儲存更多電荷，鋰金屬被公認為終極電極材料，但鋰會與傳統(tǒng)電解液發(fā)生反應(yīng)，在電極表面形成針尖狀突起，將電池分隔從而引起短路，造成充放電次數(shù)過少。而新電解質(zhì)不會形成突起，大大延長了電池壽命。研究人員表示，他們下一步要實現(xiàn)鋰電池在更低溫度下（-100℃）工作的目標，為火星探測甚至木星和土星等深空探測裝置提供全新供能技術(shù)。（科技日報）

廉價有機材料使水系電池更長壽

長期以來，安全性和循環(huán)壽命對于鋰離子電池而言，就像魚和熊掌很難兼得?！蹲匀弧げ牧稀冯s志網(wǎng)站近日發(fā)文稱，科學(xué)家利用廉價的有機材料制備出新型水系鋰離子電池，很好地解決了這一難題。論文通訊作者、美國休斯頓大學(xué)德州超導(dǎo)中心教授姚彥接受科技日報記者采訪時表示，當(dāng)前鋰離子電池采用可燃性有機電解液，存在很大的安全隱患，前不久三星Galaxy Note 7手機爆炸再次為業(yè)界敲響了警鐘。相比之下，鉛酸電池和鎳氫電池等水系電池使用水作為電解液，具有低成本、安全、不會燃燒等優(yōu)點，但缺點也顯而易見——循環(huán)壽命短，只有300次左右，無法滿足電動汽車和儲能等5 000次以上循環(huán)壽命的要求。

針對這一問題，姚彥他們利用廉價的有機材料取代現(xiàn)有水系電池的負極，在幾乎很少改變現(xiàn)有電池生產(chǎn)設(shè)備的情況下，使水系電池突破了壽命的瓶頸?！皬哪撤N意義上說，這對水系電池各類產(chǎn)品的升級改造具有重要意義?！币┱f。姚彥強調(diào)，他們使用的有機材料遠低于通常的電極材料價格，且不含有害重金屬元素，對環(huán)境沒有污染。此外，該材料還具有比容量高、壽命長等優(yōu)點，用該材料制成的新型水系鋰離子電池壽命是傳統(tǒng)鉛酸電池的10倍，充電時間也僅需20min，可替代鉛酸電池用于汽車啟停電池、風(fēng)光電儲能、低速電動車等新能源領(lǐng)域。此外，新型水系鋰離子電池還可以簡化生產(chǎn)工藝，無需干燥間，大大降低了生產(chǎn)成本。姚彥透露，正在研發(fā)的第2代水系鋰離子電池具有更高的能量密度和更低的成本。目前該團隊已經(jīng)申請了多個國際專利，希望加快從技術(shù)向產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化進程。（科技日報）

氫能燃料電池汽車將成重要發(fā)展方向

科技部部長萬鋼表示，氫能燃料電池目前在壽命、可靠性、使用性能上基本達到車輛使用要求，國外主要國家和地區(qū)高度重視氫能燃料電池汽車戰(zhàn)略地位，給予持續(xù)支持。據(jù)介紹，我國已初步掌握了燃料電池關(guān)鍵材料、電堆、動力系統(tǒng)、整車集成和氫能基礎(chǔ)設(shè)施的核心技術(shù)，基本建立了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的燃料電池汽車動力系統(tǒng)技術(shù)平臺，實現(xiàn)了百輛級動力系統(tǒng)與整車的生產(chǎn)能力。萬鋼認為，我國必須加強協(xié)同創(chuàng)新，加快推動氫能燃料電池產(chǎn)業(yè)全面發(fā)展。一方面加強政策協(xié)同，加快開展氫能燃料電池汽車發(fā)展政策研究，通過發(fā)展政策系統(tǒng)推進氫能燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展，加快掌握更多關(guān)鍵核心技術(shù)。另一方面，加強產(chǎn)業(yè)及市場協(xié)同，推動全產(chǎn)業(yè)鏈體系的市場協(xié)同，同時強化跨產(chǎn)業(yè)、跨領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)協(xié)同應(yīng)用。萬鋼還表示，我國將整合各方資源，積極參與國際合作。目前，我國已發(fā)起并組建國際氫能燃料電池協(xié)會，目標是建成一個覆蓋全產(chǎn)業(yè)鏈、推進燃料電池商業(yè)化的國際化平臺，加速推動國際氫能燃料電池技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。（新華社）

青島儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院在固態(tài)鋰電池領(lǐng)域取得系列階段性進展

特斯拉電動車的起火事故接連發(fā)生，國內(nèi)數(shù)起均十分嚴重，甚至整車嚴重?zé)龤?，讓人們對商品鋰離子電池的安全性重新審視。傳統(tǒng)鋰離子電池中的液態(tài)有機電解質(zhì)是燃燒、爆炸隱患的罪魁禍首。盡管電池管理系統(tǒng)可一定程度上保證電池一致性和安全，但當(dāng)外力碰撞造成穿刺的時候，鋰離子電池起火爆炸在所難免。顯然，這不是通過單純的外部電池管理或物理外圍保護所能解決的。需從理論上突破鋰電池的設(shè)計理念，從而從根本上提高鋰電池的安全性。

利用固態(tài)電解質(zhì)替代傳統(tǒng)液態(tài)電解質(zhì)被認為是從本質(zhì)上提升鋰電池安全性的必由之路。但是，由于固固界面相容性等一系列科學(xué)問題亟待解決及固體電解質(zhì)規(guī)模制備技術(shù)不成熟，至今尚未有商業(yè)化的高能量密度固態(tài)鋰電池問世。依托青島能源所建設(shè)的青島儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院（簡稱“青島儲能院”）秉承“格物致知、篤志行遠”的所訓(xùn)，在中科院納米專項的支持下，歷經(jīng)多年摸索與開拓，在高能量密度固態(tài)鋰電池方面取得了階段性的進展。固態(tài)電解質(zhì)是固態(tài)鋰離子電池的核心部件，研究與開發(fā)綜合性能優(yōu)異的固態(tài)電解質(zhì)體系是系統(tǒng)提升電池性能的核心和瓶頸問題。但無論無機材料還是聚合物材料，僅靠單一材料無法滿足大容量電池在離子導(dǎo)電性、機械強度及熱穩(wěn)定等綜合性能提升的要求。為了解決這一難題，青島儲能院提出“剛?cè)岵惫虘B(tài)聚合物電解質(zhì)的設(shè)計理念，發(fā)揮不同材料的優(yōu)勢，創(chuàng)新地復(fù)合“剛性”多孔骨架材料和“柔性”聚合物離子傳輸材料。通過剛?cè)岵牧系膬?yōu)勢互補，結(jié)合路易斯酸堿相互作用增加嵌段運動且提升界面離子傳輸?shù)奶攸c，制備出多款綜合性能優(yōu)異的“剛?cè)岵惫虘B(tài)聚合物電解質(zhì)進而滿足了長續(xù)航、高安全固態(tài)鋰電池的苛刻要求。在固態(tài)鋰電池大容量器件集成和中試方面，儲能院已經(jīng)突破高能量密度固態(tài)鋰電池的技術(shù)瓶頸：成功開發(fā)出大容量固態(tài)鋰電池；國家化學(xué)電源檢測中心第三方檢測能量密度達到300Wh/kg，循環(huán)壽命超過500次；而且他們進一步發(fā)展聚合物受熱流動會切斷短路點保障安全性能，多次穿釘實驗表明電池安全性極佳且具有自修復(fù)特性。（青島儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院）