能源與環保

能源與環保

北京大學催化產氫研究獲重大突破

北京大學與中國科學院大學、中國科學院山西煤炭化學研究所，以及大連理工大學的研究人員合作，用鉑－碳化鉬雙功能催化劑實現了對水和甲醇的高效活化，在低溫（150℃～190℃）條件下獲得了極高的產氫效率。

針對氫能源的存儲和運輸問題，一種解決方案是將氫氣存儲于液體甲醇中，通過水和甲醇的反應放出氫氣供燃料電池使用。研究人員針對甲醇和水的液相制氫反應特點，采用鉑－碳化鉬雙功能催化劑實現了對水和甲醇的高效活化。研究人員發現，將碳化鉬負載的金屬鉑催化劑應用于甲醇和水的液相反應，隨著溫度的升高，催化劑表現出了超高的產氫活性，較傳統催化劑提升了近兩個數量級。僅以產氫活性估計，該催化劑已基本達到商用車載燃料電池組的需求，僅需6g鉑即可使產氫速率達到1kg氫氣/h。

研究人員估測，以目前甲醇市場價格2600元/噸計算，采用此路徑儲放氫氣，氫燃料電池汽車每百千米燃料價格僅需約14元，而加60L～80L甲醇可供家用小轎車行駛600km～1000km。

該項研究工作構建了化學高效儲放氫的新體系，為以甲醇為儲氫介質實現氫能的儲存和輸運提供了新的思路。此類催化劑也有望在其它水相重整制氫過程，如生活廢水、乙醇等原料的催化產氫中發揮重要作用。

(W.KX)

中科院大連化物所儲氫材料研究獲進展

中國科學院大連化學物理研究所的研究人員在儲氫材料研究方面取得新進展，通過多組分氫化物復合，顯著改善了Mg(NH2)2-LiH儲氫材料的吸脫氫熱力學和動力學性能，實現了100℃以下可逆吸脫氫。

在此前研究人員設計的金屬氨基化合物儲氫體系中，Mg(NH2)2-LiH材料具有較高的儲氫容量和較好的可逆性，被認為是最具車載實用前景的儲氫材料之一。但該體系需要較高的吸氫溫度（150℃）和放氫溫度（180℃），利用燃料電池的廢熱不足以為加氫及脫氫提供熱源。

此次，研究人員通過深入研究3種輕質元素氫化物LiBH4、Mg(NH2)2和LiH之間的協同作用，成功將Mg(NH2)2-LiH儲氫體系的脫氫反應焓變由44kJ/mol H2降低到24kJ/mol H2，并使熱力學可行工作溫度降至室溫（25℃）以下；在180℃時，材料的脫氫平衡分壓達到約100個大氣壓；實測的最低脫氫和吸氫溫度分別降至98℃和53℃，是目前Mg(NH2)2-LiH材料所能達到的最低工作溫度。機理研究表明，LiBH4起到了類似于“溶劑”的作用，穩定了材料吸脫氫反應中的中間體及產物，改變了反應機理，有效降低了反應焓值和動力學能壘。該項研究成果為儲氫材料的優化提供了新的思路。

(科 苑)

超薄復合膜延長鋰硫電池的使用壽命

北京化工大學和美國耶魯大學的研究人員合作，將一種超薄超輕的表面復合膜刷涂到硫電極的表面，從而顯著延長了鋰硫電池的使用壽命。

據悉，與現有的鋰離子電池相比，鋰硫電池的能量密度更高、原料成本更低、環境親和性更好，但其循環壽命太短，因此，尚未在大規模儲能和電動汽車領域得到實際應用。研究人員將含有特定官能團（酰胺）的樹枝狀高分子和石墨烯簡單混合，然后刷涂在硫電極的表面形成復合膜。通過表面復合膜的保護，鋰硫電池能夠實現1000次以上的穩定循環。采用該技術，有望制造出重量更輕、性能更好、價格更低的電池，提高電動汽車的續駛能力。研究人員還同時通過實驗和理論計算考察了該復合膜與電池充放電中間產物之間的相互作用，確定了鋰硫電池中的化學固硫機制。

該復合膜在幾乎不增加額外體積或重量的基礎上，能夠有效地提高鋰硫電池的循環性能，使鋰硫電池離實用更近了一步。

(KJ.0328)

“面向新能源發電的超導儲能-限流系統研制和并網運行”課題通過驗收

由中國西電電氣股份有限公司與中國科學院電工研究所聯合完成的“面向新能源發電的超導儲能—限流系統研制和并網運行”課題通過了國家科學技術部高技術中心組織的驗收。

據悉，該課題研制的1MVA/ 1MJ超導儲能—限流系統樣機兼具儲能和限流兩種功能。自2017年1月6日11時49分起，該樣機在玉門低窩鋪風電場10kV電網系統并網運行，其并網諧波畸變率為2%，功率響應時間為0.8ms，有效提高了電能質量和低電壓穿越能力，綜合技術性能達到國際先進水平。該樣機的并網運行，有效地解決了可再生能源并網發電中功率輸出不穩定、對低電壓穿越能力要求高等問題，提高了新能源發電的并網利用率，開創了超導多功能電力裝置在新能源發電場中應用的先河。

(電工所)

北京空間機電研究所突破半剛性太陽電池板技術

中國航天科技集團公司所屬北京空間機電研究所成功研制出了東方紅五號衛星繃弦式半剛性基板試驗件，標志著該研究所在半剛性太陽電池領域實現了零的突破，為今后承接此類產品研制任務奠定了堅實的技術基礎。

半剛性太陽電池板是在剛性電池板基礎上發展起來的一種新型太陽電池板結構形式，采用框架式單層面板結構，與剛性基板相比，其重量更輕、收攏體積更小、散熱性能更好，是太陽電池板的重要發展方向之一。

(航 科)

日本Kaneka公司研發太陽能電池轉換效率達26.3%

日本Kaneka公司研發出一款由薄層硅制成的太陽能電池，其轉換效率達26.3%，刷新了硅基太陽能電池轉換效率紀錄（原紀錄為25.6%），且成本更低。

硅基太陽能電池的理論轉換效率極限為29%，但實際轉換效率僅為20%左右。Kaneka公司的研究人員對理論和實踐之間流失的能量進行了研究。為使能量流失率達到最小，研究人員用薄膜異質結制造了一塊180.4cm2的太陽能電池，在電池背部放置低電阻電極，將前部收集的光子數量最大化，電池前部涂覆了非晶硅和抗反射涂層，可保護電池元件并更有效地收集光子。

該太陽能電池采用等離子體增強化學氣相沉積（PECVD）技術等可工業化應用的工藝制造。下一步，研究人員將把多塊太陽能電池單元拼裝成商用太陽能電池板，并進行測試。

(威 鋒)

NASA研究發現飛行中使用生物燃料更環保

美國國家航空航天局（NASA）開展的一項氣候科學研究發現，與使用常規燃料相比，飛機在巡航情況下混合使用常規燃料和生物燃料可使發動機的顆粒污染物排放量減少50%～70%。該項研究首次公布了飛機在飛行中使用生物燃料所產生的環境影響的重要數據，有助于評估將航空生物燃料作為緩解氣候變化可行策略的潛力。

研究人員對試驗飛機的污染物排放量進行了空中測量。該試驗飛機的4個發動機或采用常規Jet A航空煤油，或采用Jet A航空煤油與生物燃料（來自亞麻籽油）的混合燃料。研究人員在研究飛機上進行觀測，研究飛機在試驗飛機后面飛行，二者距離約為30m～150m，飛行高度為9140m～10970m。測試結果表明，混合生物燃料產生的氣溶膠排放量顯著低于常規燃料，但在高推力情況下的降幅不如在中低推力情況下明顯。該實驗同時采集了排放出的氣溶膠粒子種類信息，可幫助開展建模研究，評估使用航空生物燃料緩解氣候變化的可行性。

(KJ.0330)

美國研發新裝置利用二氧化碳濃度差發電

美國賓夕法尼亞州立大學的研究人員研制出一種新裝置，可以利用化石燃料發電廠排放的二氧化碳與環境空氣中二氧化碳的濃度差發電，并為電池充電。

該裝置稱為“流動單元”，其工作原理是將二氧化碳排放物溶解于水性溶液中，利用其與環境空氣中二氧化碳之間的濃度差來發電。其平均功率密度為0.82W/m2，高于此前類似方法近200倍。研究人員首先將二氧化碳氣體和周圍空氣分別溶解于水性溶液容器中，這一過程稱為“噴霧”。在該過程中，二氧化碳噴霧溶液形成碳酸氫根離子，具有較低的pH值。之后，研究人員在“流動單元”的兩個通道內分別注入這兩種溶液，形成pH梯度，兩個通道內設置相反的電極，通道間設有半多孔膜以防氣體即時混合，同時允許離子通過。兩種溶液之間的pH差讓各種離子穿過膜，造成兩個電極之間的電壓差，促使電子沿著連接電極的導線流動。當“流動單元”放電后，就可以打開通道使液體流動再次充電。

(NM.0330)

上海交大工業化高效晶體硅太陽電池研發獲新進展

上海交通大學物理與天文學院太陽能研究所與上海航天汽車機電股份有限公司合作，在工業化高效晶體硅太陽電池方面取得了新的研究成果。

在n型雙面晶體硅太陽電池研究方面，研究人員提出了一種簡易的雙面摻雜（正面BBr3熱擴散、背面P離子注入）及薄層Al2O3（～4nm）/SiNx:H（～75nm）的復合膜層鈍化P離子發射極的方法，經優化峰值燒結溫度及精細絲網印刷后，在大面積（238.95cm2）電池上實現了正面20.89%和背面18.45%的轉換效率。通過軟件模擬，在采取正面合理方阻的情況下，該雙面晶硅太陽電池實現了21.32%的轉換效率。

此外，在工業化高效晶體硅背結背接觸（BJBC）太陽電池研究方面，研究人員通過濕法化學、共擴散、離子注入及退火氧化、激光圖形化和PECVD（等離子體增強化學氣相沉積）等工藝，在電池前驅體上實現了平均反射率＜2.5%的優越光學表面；再經絲網印刷及共燒結后，獲得了轉換效率為22.20%的小面積（4.04cm2）BJBC太陽電池；此外，研究人員還采用相同的工藝制程，得到了轉換效率達21.43%的較大尺寸（6cm×6cm）的太陽能電池。該太陽電池的制備可與傳統工業化設備完全兼容。

這兩項研究成果的相關技術已在中試生產線上進行了試驗，工業化應用前景廣闊。

(上交大)

中核集團自主研發中子吸收材料進入工程應用階段

3月9日～10日，中國核工業集團公司鋁基碳化硼材料（B4CAl）專用生產線生產的高性能中子吸收板通過了中國核能行業協會組織的專家鑒定。這標志著中核集團自主研發的高性能中子吸收板進入工程應用階段。

高性能中子吸收板主要用于制造乏燃料干濕密集貯存格架及容器，其生產技術長期被國外少數幾家企業壟斷，阻礙了我國乏燃料密集貯運系統的國產化，增加了現役核電站乏燃料暫存設施的擴容難度，也對核電走出國門產生了不利影響。

據悉，2009年，中國核動力研究設計院啟動中子吸收材料研究開發工作，2014年通過核能行業協會組織技術鑒定。為加快推進該材料的工程應用，中國核動力院與中國核電工程有限公司通力合作，中核集團產業基金公司與江蘇海龍核科技股份有限公司聯合投資，在江蘇鎮江建立了專業化鋁基碳化硼材料中子吸收板生產線，具備了150噸/年生產能力。鑒定專家認為，該項成果達到國際先進水平，多項指標優于國外同類產品，專業化生產線技術具有顯著的經濟效益、社會效益和應用推廣前景，一致同意通過產品鑒定。

(中 核)