新能源材料

串聯光伏組件提高太陽能電池效率

據德國卡爾斯魯厄理工學院的德國研究人員稱，目前商用太陽能電池組件的效率只能提高到一個有限值。來自卡爾斯魯厄的Capitano研究小組將鈣鈦礦與CIGS混合，提高了光伏發電效率。

當他們開始研究2019年7月開始的新Capitano項目時，由MichaelPowalla教授和UlrichPaetzold領導的團隊說：“在串聯太陽能組件中使用2個光活性層可以提供更多的光伏發電潛力。該技術很可能成就光伏發電的未來。”該項目合作伙伴是巴登—符騰堡州太陽能與氫能研究中心（ZSW）的研究員，KIT以及Schw bischHall的NICESolarEnergy公司。他們將基于鈣鈦礦半導體的薄膜太陽能電池組件與銅、銦、鎵和硒（CIGS）制成的半導體相結合。這種組合可實現高效串聯太陽能電池，光伏效率潛力超過30%，且同時具有薄膜技術的所有優勢。（中國半導體行業協會）

鋰電池新設計或減少對稀有金屬依賴

為了開發鋰基電池的替代品，減少對稀有金屬的依賴，美國佐治亞理工學院研究人員開發出一種有前景的新型陰極和電解質系統，用低成本的過渡金屬氟化物和固體聚合物電解質代替昂貴的金屬和傳統的液體電解質。

新型陰極由氟化鐵活性材料和固體聚合物（一種塑料）電解質納米復合材料制造。為制造這種陰極，研究人員開發了一種將固體聚合物電解質滲透到預制氟化鐵電極中的方法，然后熱壓整個結構，以增加密度并減少空隙。聚合物基電解質有兩個突出優點，一是其在循環時彎曲和適應氟化鐵溶脹的能力強，二是能與氟化鐵形成非常穩定的柔性界面，解決了先前電池設計中使用氟化鐵出現的膨脹和大量副反應等關鍵問題。

研究人員測試了新型固態電池的幾種變體，以分析其在50 ℃高溫下超過300次充電和放電循環的性能。結果發現，增強電池性能的關鍵是固體聚合物電解質。當與固體聚合物電解質一起使用時，即使在高溫下，金屬氟化物也顯示出非凡的穩定性。這有望帶來更安全、更輕和更便宜的鋰離子電池。此外，氟化鐵的鋰容量是傳統鈷基或鎳基陰極的兩倍多。而且鐵比鈷便宜300倍，比鎳便宜150倍。（科技日報）

蒂森克虜伯海事系統公司推出第4代潛艇燃料電池

蒂森克虜伯海事系統公司在SubCon潛艇會議期間，披露了其潛艇用第4代燃料電池（FC4G），稱電池已經完成了7萬h的測試，在可用性、冗余性、隱身性等方面取得了重要進步。

第4代燃料電池是由冗余組件構成的高度模塊化系統，能在任意時刻都保持最佳性能。系統采用與前幾代相同的金屬氫化物儲氫罐，罐內沒有化學活潑成分，能將氫分子安全儲存在晶格中，不發生化學轉化。重整系統使用柴油等液體燃料，會不可避免地產生二氧化碳以含硫副產物。這些副產物需要用泵溶解到海水中。這一原則同樣適用于斯特林發動機、閉循環柴油機、閉循環汽輪機等其他AIP系統。與重整系統相比，蒂森克虜伯海事系統公司第4代燃料電池的唯一副產物是水，產生后儲存在壓載艙內。系統效率約為內燃機的2倍，熱信號和聲信號極低。

目前，該公司已經與7個國家或地區的海軍簽署了38套第4代燃料電池系統的采購合同，另有10套系統正在談判中。（中國船舶信息中心）

賽維與柬埔寨簽署2GW光伏電站項目

賽維太陽能科技集團與柬埔寨波羅勉省簽署了100MW光伏電站項目合同。據悉，賽維100MW光伏電站項目，是賽維在柬2GW光伏電站項目的首期項目，預計該項目竣工后，將形成60億元左右的投資規模，推動新余賽維硅片等項目釋放新的發展潛力，是新余企業在東南亞乃至亞洲地區獲得的最大光伏訂單。而100 MW光伏電站也是世界上單體規模最大的光伏電站之一。

作為“一帶一路”建設的參與者之一，柬埔寨近年來經濟發展快速，電力需求也隨之猛增，未來10年間電力需求的年增長將維持在10%的高位水平。為應對能源短缺問題，該國致力于發展光伏發電等清潔高效的能源解決方案。按照規劃，柬埔寨計劃到2020年實現2.32GW的光伏裝機目標。（中國半導體行業協會）

東南亞地區最大光伏電站正式投產發電

由中國電建承建的越南油汀500MW光伏項目竣工，標志著東南亞地區最大光伏電站正式投產發電。油汀光伏項目由1期、2期和3期3個部分組成，總裝機500MW，是東南亞地區最大的光伏項目，也是全球最大的半浸沒區光伏項目。作為泰國和越南在新能源領域展開合作的標志性項目，油汀光伏項目從一開始就受到了兩國政府的高度重視。中國電建通過國際競標，以EPC+F的合作模式受到了業主的青睞，由華東院負責項目實施。在短短11個月的工期內，中國電建團隊完成了對創新融資模式的探索和推動，克服浸沒區最高2.4m水深，完成了2000多名工作人員的調配和組織，2萬t支架、150萬塊電池板、20余萬根樁基的采購、運輸和施工，優質、高效地完成了各項工作，于2019年6月18日，提前實現了項目并網發電。（中國半導體行業協會）

化學所在有機光伏電池的室內光應用方面取得進展

最近，在國家自然科學基金委和中國科學院的支持下，中科院化學研究所高分子物理與化學實驗室侯劍輝團隊深入研究并發展了有機光伏電池在室內光下的應用。該團隊設計合成了新型非富勒烯受體IO—4Cl，與聚合物給體PBDB—TF混合，獲得了吸收光譜與室內光源相匹配的光活性層。使用2700K的LED燈作為光源，在1000 lux輻照強度下，1cm2電池的開路電壓達到1.10 V，實現了26.1 %的能量轉換效率。

研究結果證明該OPV電池在室內光下不僅具有高的光伏效率和優異的穩定性，而且對于串聯電阻和活性層厚度不敏感。如：在室內光源連續照射1 000 h后，電池仍保持其初始的光伏性能；使用大面積涂布方法制備的4cm2電池依然可以實現23%以上的光伏效率。該團隊與瑞典林雪平大學教授高峰團隊密切合作，揭示了這類電池在降低能量損失方面的獨特優勢，并對其極限效率進行了合理預測。結果表明，OPV電池在室內光下的極限光伏效率可達50%，這意味著當前取得的光伏效率仍然存在巨大的提升空間。（中國科學院）

微生物所創建出新一代生物光伏系統

為了提高BPV光電轉化效率，中國科學院微生物研究所李寅研究組另辟蹊徑，設計并創建了一個具有定向電子流的合成微生物組，來解決藍藻直接產電活性微弱的問題。

該合成微生物組由一個能夠將光能儲存在d—乳酸的工程藍藻和一個能夠高效利用d—乳酸產電的希瓦氏菌組成。在這個合成微生物組中，d—乳酸是兩種微生物間的能量載體。藍藻吸收光能并固定CO2來合成能量載體d—乳酸，希瓦氏菌氧化d—乳酸進行產電，由此形成一條從光子到d-乳酸再到電能的定向電子流，完成從光能到化學能再到電能的能量轉化過程。

通過在遺傳、環境和裝置層面的設計、改造和優化，研究人員有效克服了2種微生物之間生理不相容的問題。由此創建的雙菌生物光伏系統實現了高效、穩定的功率輸出，其最大功率密度達到150 MW/m2，比目前的單菌生物光伏系統普遍提高10倍以上。采用連續流加培養方式，該雙菌生物光伏系統可穩定實現長達40天以上的功率輸出，且平均功率密度達到135 MW/m2的較高水平，在產電時長、單裝置輸出功率2方面均達到了目前BPV系統的最高水平。（中國科學院）

福建物構所有機無機雜化雙軸鐵電光伏材料研究獲進展

中國科學院福建物質結構研究所結構化學國家重點實驗室無機光電功能晶體材料研究員羅軍華團隊在國家自然科學基金重點項目、國家杰出青年基金、中科院戰略性先導專項和國家自然科學基金青年基金等資助下，首次構筑了一例二維3層有機無機雜化雙軸鐵電體。研究發現：該化合物中無機八面體的扭曲和有機陽離子的有序化協同誘導了該化合物的鐵電自發極化；同時，該化合物獨特的對稱性破缺使其具有四個等效極化方向。進一步，基于其雙軸特性，該化合物的光伏效應可以在多個方向之間相互轉換。該工作不僅為科研人員后續設計多軸鐵電材料提供了一種新的策略，而且進一步拓展了對無機有機雜化多軸鐵電體光伏性能的研究。（中國科學院）

寧波材料所在全固態鋰電池無鋰正極方面取得進展

中國科學院寧波材料技術與工程研究所所屬新能源所研究員姚霞銀團隊與陳亮團隊合作，通過第一性原理計算與實驗相結合的方式，創新性地在二硫化鐵（FeS2）中引入具有催化作用的過渡金屬，達到了在不犧牲電池質量能量密度的前提下，提高FeS2在全固態鋰電池中的反應動力學的目的。通過對比不同過渡金屬[銅（Cu）、鈷（Co）和鎳]對FeS2形貌及電化學性能的影響，篩選出Co對FeS2性能具有最優化作用。并且所得到的Co0.1Fe0.9S2具有最小的顆粒尺寸，這有利于提高材料的比表面積，緩解循環過程中的體積變化以及減小電化學反應過程中Li+的傳輸路徑。

研究人員進一步通過密度泛函理論計算的方法確定了Co摻雜后快速步能壘從2.09eV降低至1.86eV。DOS結果也顯示，由于d軌道填充作用，多一個d電子的Co使得費米能級附近態密度提高，從而提高了電化學活性。（中國科學院）

物理所等開發電化學活性多功能隔膜涂層提升鋰硫電池性能

中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心清潔能源重點實驗室E01組副研究員索鎏敏與美國麻省理工學院教授李巨和博士薛偉江合作，在前期“嵌入—轉化”混合電極大幅提升鋰硫電池單體能量密度研究基礎上，首次開發了一種同時具有高電子-離子電導和電化學活性的Chevrel相硫化鉬（Mo6S8）隔膜多功能涂層，成功解決了上述問題，并將其應用到鋰硫軟包電池的研究中。

該新型涂層成功抑制了硫化鋰（Li2S）絕緣層的形成，實現了傳統硫正極的超快速充放（25min充滿/放空）。該涂層對多硫化鋰具有很強的吸附力，成功地阻止了多硫化鋰向鋰負極一側的“穿梭”，實現了工業級高負載硫正極的長壽命循環。更重要的是，不同于傳統非活性涂層會降低全電池能量密度，該新型涂層可以匹配壓實后的硫正極，使能量密度提高20%以上。同時，研究者們與美國布魯克海文國家實驗室合作，利用目前世界上最先進的同步輻射全場X射線掃描成像技術（FFXT），首次在實際電池運行過程中研究了該涂層材料的演化機理。此外，軟包電池的性能測試進一步表明，該多功能涂層的使用可以將循環壽命提高一倍以上，對推動鋰硫電池商業化具有非常重要的意義。（中國科學院）

大連化物所電解水制氫研究取得進展

近日，中國科學院院士、中國科學院大連化學物理研究所基礎國家重點實驗室和太陽能研究部研究員李燦領導的團隊開發的新一代電解水催化劑，在蘇州競立制氫設備有限公司及考克利爾競立（蘇州）氫能科技有限公司制造的規模化堿性電解水制氫中試示范工程設備上實現了穩定運行。經過在額定工況條件下長時間的運行驗證，電解水制氫電流密度穩定在4 000A/m2時，單位制氫能耗低于4.1kWh/m3氫氣（H2），能效值大于86%；電流密度穩定在3 000A/m2時，單位制氫能耗低于4.0 kWh/m3H2，能效值約88%。這是目前已知的規模化電解水制氫的最高效率。

利用太陽能等可再生能源分解水制氫，是實現綠色氫能經濟的必由之路，也是未來氫燃料電池的氫源發展方向。將太陽能等可再生能源轉化儲存為化學能的關鍵步驟是水分解（光解水和電解水）過程。其中，電解水制氫技術相對成熟，并已經工業化應用。但電解水制氫能量轉化效率長期徘徊在50%～70%之間，是電解水成本居高不下的主要原因之一。（中國科學院）

我國大型先進商用壓水堆燃料組件實現批量化

燃料組件是核反應堆的核心，中核集團4組氟化碳（CF3）燃料組件近日插入秦山2期4號機組反應堆進行考驗。此前，已有8組CF3燃料組件入方家山核電2號機組，預計2019年年底還有8組CF3燃料組件入秦山2期1號機組。這意味著我國自主研制的首個大型先進商用壓水堆燃料組件進入批量化、產業化應用階段。CF3燃料組件是中核集團自主研制的先進核燃料元件品牌，被譽為最強中國“芯”。現有的成果表明，中核集團全面掌握了高性能核燃料研制技術，形成了完整的具有國際市場競爭力的自主燃料體系和產品供應能力。（科技日報）