新材料破解氣體燃料低壓常溫儲存難題

美國研究人員開發(fā)了一種柔性空穴材料，用以破解氣體燃料的低壓和常溫儲存難題，幫助延長天然氣動力車輛的續(xù)航里程，降低對加氣站的壓力配置要求。

這種材料包含“金屬-有機框架”（MOF），由無機金屬單元與有機配體復(fù)合構(gòu)建而成，整體結(jié)構(gòu)內(nèi)散布鈷原子和鐵原子，鏈接位點采用鄰苯二甲酸二丁酯，其體積擴(kuò)張時空穴增多，體積縮小時空穴幾乎全部消失。加利福尼亞大學(xué)伯克利分校的研究人員在英國《自然》雜志上報告說，在首批實驗中，只需以家用壓縮機產(chǎn)生的壓力（相當(dāng)于大氣壓的35～36倍），泵入天然氣的主要成分甲烷，柔性MOF材料就會擴(kuò)張并吸附這種氣體。相反，如果甲烷釋出，用于驅(qū)動車輛發(fā)動機，這種柔性材料便會縮小。

設(shè)定這一課題的動因是天然氣與汽油或柴油相比，價格低廉，相對潔凈。但壓縮天然氣的罐裝壓力是250個大氣壓，液態(tài)天然氣的儲存溫度則是-162℃。另外，在相同的燃料箱容積內(nèi)，壓縮天然氣的能量密度至多是汽油能量密度的三分之一，前者的續(xù)航能力明顯不足。燃料儲存問題阻礙天然氣或氫氣動力車的推廣。美國現(xiàn)有超過15萬輛車以壓縮天然氣為動力，其中卡車和客車居多。

加利福尼亞大學(xué)伯克利分校的化學(xué)教授杰弗里·朗主導(dǎo)這一研究項目，他認(rèn)為適用于下一代天然氣動力車的新材料理應(yīng)在35個大氣壓下吸附甲烷，儲存燃料。在5～6個大氣壓下釋出甲烷，向發(fā)動機輸送燃料。現(xiàn)階段，除了最大限度提高這種新材料吸附甲烷的能力以外，研究人員還在為儲存氫氣開發(fā)類似材料。如果實現(xiàn)高密度低壓及常溫儲存，按照研究人員的設(shè)想，“或許大家可以在自己家里（給天然氣動力車）加氣”。（新華網(wǎng)）

美研究稱超小黃鐵礦量子點可提升電池性能

如果智能手機的電池中添加了量子點——比人類發(fā)絲寬度小1萬倍的納米晶體，充電時間可以縮短到30s，但效果只能維持幾個充電周期。不過，美國范德堡大學(xué)的研究團(tuán)隊找到了解決辦法：使用蘊藏豐富、成本低廉的黃鐵礦來制造量子點，可確保電池在幾十個充電周期內(nèi)都能快速充電。納米級材料雖可顯著提高電池性能，但當(dāng)尺寸小于10nm（40～50個原子的寬度）時，納米粒子便與電解液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，所以只能充放電幾次，這成為鋰離子電池商用邁不過去的“門檻”。該校機械工程專業(yè)助理教授卡里·品特指導(dǎo)、研究生安娜·道格拉斯帶領(lǐng)的研究小組利用標(biāo)準(zhǔn)的鋰紐扣電池和不同規(guī)格的黃鐵礦量子點進(jìn)行實驗，發(fā)現(xiàn)4.5nm大小的量子點可以極大地提升電池的充電速度，延長使用周期。

這是因為，黃鐵礦能通過一種獨特的方式轉(zhuǎn)變?yōu)殍F和鋰—硫（或硫酸鈉）化合物來儲能，與商業(yè)鋰離子電池存儲電荷的機制不同。根據(jù)他們的觀察，這些超小納米顆粒允許鐵移動到表面，而鈉或鋰則與黃鐵礦中的硫發(fā)生反應(yīng)，但如果換成較大的顆粒，鐵就無法在黃鐵礦材料中移動，從而限制了它們的儲能能力。

品特認(rèn)為，理解這種化學(xué)儲能機制至關(guān)重要，將有助于按照摩爾定律來革新電池性能，加快向電動汽車過渡的步伐。他表示，未來新工具的開發(fā)將使他們有能力研制可在幾秒鐘內(nèi)充電、幾天時間內(nèi)放電的電池，并且循環(huán)次數(shù)可多達(dá)幾萬次，儲能能力可讓電動汽車與汽油車媲美。（科技日報）

“智能玻璃”讓電池長命

移動設(shè)備的功能越來越強大，但是電池卻總是那么不給力，手機怎么又沒電了是最常聽到的抱怨之一。許多延長設(shè)備待機時間的技術(shù)是在電池上下功夫，而英國電子工程師佩曼·侯賽尼把目光放在屏幕這個用電“大戶”上。由于移動設(shè)備90%以上電力用于屏幕顯示功能，所以侯賽尼想到研制一種耗電量極低的屏幕材料。他發(fā)明了一種“智能玻璃”，能顯著減少智能設(shè)備屏幕的耗電量，從而延長待機時間?！爸悄懿ＡА奔夹g(shù)基于可重寫DVD光盤的技術(shù)，用電脈沖實現(xiàn)屏幕顯示功能，使智能設(shè)備充電頻率從一天一次延長到一周一次。侯賽尼已經(jīng)獲得牛津大學(xué)創(chuàng)新投資機構(gòu)“牛津科學(xué)創(chuàng)新基金”一筆“大額”種子資金，具體數(shù)額不詳。侯賽尼創(chuàng)辦的一家新技術(shù)企業(yè)計劃一年內(nèi)生產(chǎn)出“智能玻璃”的原型。（新華網(wǎng)）

歐盟研制開發(fā)電動汽車自動定向“喇叭”技術(shù)

隨著電動汽車和混合動力汽車技術(shù)的日益成熟，歐委會預(yù)計到2020年，電動汽車銷售量將至少占到歐盟新車銷售量的10%。電動汽車清潔、高效和低噪音，但主要問題可能出自于電動汽車的過于安靜，以至于使用道路的弱勢群體，如步行者和盲人，很難預(yù)測和預(yù)防潛在的道路風(fēng)險。歐盟第七研發(fā)框架計劃（FP7）提供180萬歐元資助，總研發(fā)投入300萬歐元，由歐盟7個成員國西班牙（總協(xié)調(diào)）、英國、法國、德國、荷蘭、奧地利和比利時，11家創(chuàng)新型中小企業(yè)（SMEs）聯(lián)合科技界和盲人協(xié)會組成歐洲EVIDENT研發(fā)團(tuán)隊。經(jīng)過近3年時間的研究開發(fā)，成功研制出一款電動汽車自動導(dǎo)向“喇叭”技術(shù)及裝置，提醒道路弱勢群體預(yù)防風(fēng)險。

為降低技術(shù)開發(fā)成本，研發(fā)團(tuán)隊盡可能采用汽車制造業(yè)已成熟的電子技術(shù)及裝置，一定意義上是汽車制造業(yè)原有電子技術(shù)的重新組合集成，增加了部分自動感應(yīng)傳感器和定向信號發(fā)送裝置。研發(fā)團(tuán)隊的負(fù)責(zé)人稱，最關(guān)鍵原則是不能產(chǎn)生新的道路噪音，為此需要找到提醒但又不能驚嚇特定目標(biāo)路人、同時不干擾其他路人之間的平衡“喇叭”技術(shù)，同時也成為研發(fā)團(tuán)隊的主攻方向。

研發(fā)團(tuán)隊研制的創(chuàng)新型解決方案，預(yù)警信號主要從汽車前部自動定向水平發(fā)出，悅耳度和音量自動調(diào)試是關(guān)鍵。解決方案目前已通過各類道路弱勢群體的實地檢測驗證，包括城市上下班道路使用高峰期的反復(fù)考驗。解決方案新增的自動傳感裝置和定向“喇叭”技術(shù)成本價格低廉，已受到接洽汽車制造業(yè)企業(yè)的普遍歡迎，有助于進(jìn)一步提升電動汽車的競爭力。（科技日報）

中日瑞科學(xué)家制成高效率鈣鈦礦太陽能電池

由日本、中國和瑞士研究人員組成的一個科研小組最近在美國《科學(xué)》雜志上報告說，他們借助薄膜摻雜技術(shù)，制造出一種面積為1cm2的鈣鈦礦太陽能電池，其公證效率為15%，是當(dāng)前國際公證的鈣鈦礦電池最高效率。與傳統(tǒng)的晶體硅太陽能電池相比，鈣鈦礦太陽能電池成本較低，更容易生產(chǎn)，而且近年來其光電轉(zhuǎn)換效率獲得較大提升，所以是目前最有可能實現(xiàn)低成本產(chǎn)業(yè)化以替代化石能源的太陽能電池。

盡管鈣鈦礦太陽能電池發(fā)展迅速，但存在難以在較大面積的基底上沉積超薄薄膜而不產(chǎn)生孔洞等缺陷，很難大面積制備。此前報道的高效率結(jié)果大多是基于面積為0.1cm2的電池器件。而在光伏領(lǐng)域，標(biāo)準(zhǔn)的太陽能電池效率測定需要電池面積至少在1cm2以上。

在新研究中，日本物質(zhì)材料研究機構(gòu)、上海交通大學(xué)、華中科技大學(xué)與瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工大學(xué)等機構(gòu)的研究人員借助常見的半導(dǎo)體工藝摻雜技術(shù)，給鈣鈦礦電池的無機界面層氧化鎳薄膜重?fù)诫s鋰與鎂，將其導(dǎo)電性提高了10倍左右。

研究主要負(fù)責(zé)人、日本物質(zhì)材料研究機構(gòu)光伏材料組組長韓禮元解釋說，由于導(dǎo)電性提高，他們可以增加重?fù)诫s氧化鎳薄膜厚度而不減損電池效率，從而大大降低了該薄膜的孔洞密度等缺陷，最終制備出面積為1cm2米的高效率鈣鈦礦太陽能電池。研究人員還在日本標(biāo)準(zhǔn)光伏測量實驗室對他們制備的鈣鈦礦太陽能電池進(jìn)行了效率公證，公證效率為15%，被收錄于2015年第46期《太陽能電池效率表》。

薄膜太陽能電池可分為3代：第1代為非晶硅薄膜電池，最高效率為13.6%；第2代為無機化合物薄膜太陽能電池，如銅銦鎵硒電池效率達(dá)到21.7%；第3代電池仍處于研發(fā)階段，包括染料敏化太陽能電池（效率達(dá)11.9%）、有機薄膜太陽能電池（效率達(dá)11.5%）和鈣鈦礦太陽能電池等。韓禮元說：“我們認(rèn)證的鈣鈦礦電池效率（15%）已經(jīng)遠(yuǎn)高于同一代的染料敏化太陽能電池和有機薄膜太陽能電池。盡管與單晶硅（25.6%）和多晶硅（20.8%）太陽能電池的效率還存在一定差距，我們相信鈣鈦礦電池的效率將很快突破20%，甚至在不遠(yuǎn)的將來超過25%?！保ㄖ醒胝T戶網(wǎng)站）

日本最大太陽能發(fā)電站竣工

日本風(fēng)力發(fā)電巨頭Eurus能源控股11月10日在青森縣六所村舉行了當(dāng)?shù)卮笠?guī)模太陽能發(fā)電站的竣工儀式。該發(fā)電站已于2015年11月10月開始營運，輸出功率約達(dá)11.5萬kW。這是日本國內(nèi)正在運轉(zhuǎn)的太陽能發(fā)電站中規(guī)模最大的一座，一年可為3.8萬戶普通家庭供電。

該發(fā)電站于2013年8月開工，工程耗資490億日元（約合人民幣25億元），設(shè)置了51.36萬個太陽能板。所發(fā)電力全部售給東北電力公司。（人民網(wǎng)）

激光瞬間加熱材料溫度超過太陽

最近，英國倫敦帝國理工學(xué)院的理論物理學(xué)家提出一種新的加熱機制，通過高能激光產(chǎn)生無對撞靜電沖擊波，能在20飛秒內(nèi)把小塊固體材料加熱到千電子伏特（千萬度）級別，比太陽中心溫度還要高。相關(guān)成果發(fā)表在最近的《自然·通訊》雜志上。

研究人員稱，這是他們第一次提出這種方法，有望為研究熱核聚變能源開辟新途徑——科學(xué)家們一直在尋求如何模仿太陽產(chǎn)生清潔能源。

據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)報道，新方法的加熱速度是目前美國加州勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室聚變實驗中的100倍。在大部分材料中，激光能量會首先加熱材料中的電子，再由電子去加熱組成物質(zhì)的粒子——離子。研究小組的方法是利用激光誘導(dǎo)的靜電沖擊波直接加熱離子，因此比通過電子間接加熱更快。

通常，當(dāng)高強度激光照射到材料上時，產(chǎn)生的靜電沖擊波會推動離子，使它們加速離開而無法被加熱。研究人員發(fā)現(xiàn)，如果材料中含有特殊的離子聯(lián)接，它們會通過沖擊波獲得不同的加速度，從而導(dǎo)致摩擦，反過來使它們迅速變熱。這種效果在含有兩種離子的固體（如塑料）中最強，只有一種離子時，就沒這種效果。此外，密度大也是加熱速度快的原因之一。沖擊波通過高密度材料時，離子被擠在一起，摩擦效果比低密度材料要大得多。

論文合著者、該校物理系博士馬克·夏洛克說：“2種離子就像火柴頭和火柴盒，你兩個都需要。一根火柴自己是不會燒起來的。”

論文第一作者阿瑟·特瑞爾說，聚變研究中的問題之一就是如何在恰當(dāng)時間、恰當(dāng)?shù)攸c從激光中獲得能量。而這一方法讓能量直接進(jìn)入了離子。

太陽溫度非常高，而這一次英國的理論物理學(xué)家可以把固態(tài)材料的溫度加熱到比太陽中心的溫度還要高，并有望成就強大的熱核聚變能源。換句話說，未來我們可能創(chuàng)造出許許多多的“人造太陽”，為人類帶來無限的清潔能源。事實上，各國的科學(xué)家都在為了這一大膽的創(chuàng)想而探索。其中，世界最大激光器——美國國家點火裝置正距離這個目標(biāo)越來越近。希望英國科學(xué)家的新研究可以幫助人類早日實現(xiàn)這個愿望，讓多年的夢想逐步成為現(xiàn)實。（科技日報）

科學(xué)家研制出新型流電池可比傳統(tǒng)電池多儲存10倍電量

被稱為流電池的工業(yè)規(guī)模的電池有朝一日將開辟可再生能源的廣泛使用，但這只有在這些設(shè)備能夠便宜地存儲大量能源，并將其輸送到電網(wǎng)中時才能實現(xiàn)。而這正是傳統(tǒng)流電池不能做的事。如今，研究人員報告說，他們已經(jīng)研制出一種使用鋰離子技術(shù)的新型流電池，這種電池存儲的能量大約為市場上最常見流電池的10倍。在經(jīng)過一些改進(jìn)后，新電池將能夠?qū)θ藗兇鎯歪尫拍茉吹姆绞疆a(chǎn)生重要影響。

流電池與人們都在使用的充電電池沒有什么大的區(qū)別，除了它們巨大的體積。在傳統(tǒng)充電電池中，電荷被儲存在名為陽極的電極中。當(dāng)放電時，電子被拉出陽極，連通它們工作的外部電路，并返回名為陰極的第二個電極。電極之間的液體電解質(zhì)輸送離子通過電池從而使電荷保持平衡。電池可以通過插上電源進(jìn)行充電——此舉迫使電荷與離子反向流動。然而在流電池中，電荷被儲存在位于外部液槽的液體電解質(zhì)中。運送電荷的電解質(zhì)能夠隨后被泵送到一個電極組件中，這種組件被稱為疊層，包含了被一個離子導(dǎo)電膜分離的兩個電極。這一裝置使得大量電解質(zhì)能夠被儲存于液槽中。由于這些液槽沒有體積限制，因此一部流電池的存儲能力可以根據(jù)需要按比例放大。這也就使得它們成為為輸電網(wǎng)存儲大量能源的理想裝置。

新加坡國立大學(xué)材料學(xué)家Qing Wang率領(lǐng)的研究團(tuán)隊提出了一個混合的解決方案。他們保持了整體的流電池體系結(jié)構(gòu)，即由一個中央電極疊層分離的電荷儲存槽。但是在外部液槽的內(nèi)部，研究人員放置了與液體完全相反的固體鋰存儲材料，一種含有常見的鋰離子電池陰極材料，名為磷酸鐵鋰（LiFePO4）；另一種含有二氧化鈦（TiO2），它有時會被用作鋰離子電池的陽極。研究人員隨后使用帶電液體——被稱為氧化還原介質(zhì)——從固體到疊層并來回運送電荷。固體存儲材料是多孔的，足以使液體氧化還原介質(zhì)沸騰通過，并抓住電子和鋰離子，將它們運送到膜。研究人員同時改進(jìn)了傳統(tǒng)柔性膜材料，被稱為全氟磺酸，并將其與另一種聚合物結(jié)合在一起，從而能夠更好地讓鋰離子通過。該方法已經(jīng)奏效。研究人員在11月27日的《科學(xué)進(jìn)展》雜志上報告指出，與VRBs相比，這種新型的鋰基流電池按液槽的體積計能夠比前者多儲存10倍的能量。

美國哈佛大學(xué)流電池專家Michael Aziz認(rèn)為，這是一項“非常具有創(chuàng)新性”的工作。但他強調(diào)，盡管新電池具有更高的能量密度，但它提供能量的速度只是傳統(tǒng)流電池的1/10 000，這對于大多數(shù)應(yīng)用而言太慢了。Wang和他的同事承認(rèn)這一局限，但他們表示通過進(jìn)一步改善膜以及電荷轉(zhuǎn)運氧化還原介質(zhì)，應(yīng)該能夠提高輸出流量。如果研究人員真的做到這一點，新的鋰基流電池將為可再生能源儲存提供急需的支持。（中國科學(xué)報）

我國成功自主研發(fā)乏燃料貯存格架實現(xiàn)科技突破

由我國核能企業(yè)自主研發(fā)的乏燃料貯存格架11月10日通過科技鑒定。中國機械工業(yè)聯(lián)合會認(rèn)為，該貯存格架基于“整體骨架+模塊化貯存套筒”技術(shù)，各項性能指標(biāo)達(dá)到了國際先進(jìn)水平。

總部位于深圳的中國廣核集團(tuán)主持完成了該項科技突破。據(jù)介紹，乏燃料貯存格架是核燃料循環(huán)中的核心設(shè)備，廣泛應(yīng)用于乏燃料在堆貯存、中間離堆貯存以及后處理廠貯存。隨著我國核電行業(yè)的快速發(fā)展，乏燃料貯存格架市場需求巨大。然而，受制于乏燃料貯存格架中關(guān)鍵的功能材料——中子吸收體材料等方面的限制，一直未能實現(xiàn)國產(chǎn)化，依賴國外進(jìn)口，不僅產(chǎn)品供貨價格昂貴，而且技術(shù)和供貨周期上受到制約。

中廣核集團(tuán)發(fā)布通告表示，中廣核聯(lián)合江蘇核工業(yè)格林水處理有限責(zé)任公司成功研制出新型“整體骨架+模塊化貯存套筒”式乏燃料貯存格架，在有效降低成本的同時，還有效避免了目前我國核電項目普遍采用高密集乏燃料貯存格架所出現(xiàn)的格架變形等問題。通告表示，本次鑒定的順利通過，標(biāo)志著我國具備了乏燃料貯存格架的自主設(shè)計和自主制造能力，打破了國外的技術(shù)壟斷，提高了關(guān)鍵核電設(shè)備的安全質(zhì)量，降低了工程建設(shè)成本，對促進(jìn)我國核工業(yè)裝備產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義。（新華網(wǎng)）

光解水制氫性能大幅提高

近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授熊宇杰課題組設(shè)計了一類具有原子精度殼層結(jié)構(gòu)的光解水制氫助催化劑，可在降低貴金屬鉑用量的同時大幅度提高光解水制氫性能。

研究人員基于界面電荷極化作用機制設(shè)計出了一類具有原子精度殼層的鈀—鉑核殼結(jié)構(gòu)助催化劑。該設(shè)計利用鈀—鉑金屬間的電勢差作為半導(dǎo)體中光生電子的“運動”驅(qū)動力，使得電子自發(fā)地依次從半導(dǎo)體向金屬鈀、鉑“跑位”，最后聚集在金屬鉑殼層的外表面，從而驅(qū)動了金屬鉑表面的高效光解水制氫反應(yīng)。研究人員發(fā)展了殼層厚度精準(zhǔn)控制的合成方法，無需使用成本高昂的原子層沉積技術(shù)即可在液相體系中生長少數(shù)原子層厚度的金屬殼層?；谠摷夹g(shù)，其光解水制氫效率與無助催化劑的半導(dǎo)體光催化劑相比提高了322倍，比傳統(tǒng)純鉑助催化劑的半導(dǎo)體光催化劑體系提高了8.2倍。與此同時，該設(shè)計以相對廉價的鈀內(nèi)核替代了金屬鉑，也使材料成本降低。（中國化工報）

青島儲能研究院研發(fā)出新型電解質(zhì)電池材料

現(xiàn)有的鋰離子電池液體電解質(zhì)體系，不能滿足動力電池對高能量、高功率和安全性等多方面的要求。青島儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院研發(fā)團(tuán)隊提出了“剛?cè)岵?jì)”的研發(fā)思路，開發(fā)出一系列新型聚合物電解質(zhì)體系，很好地解決了上述瓶頸問題，同時大幅提升了安全使用性能?！皠?cè)岵?jì)”就是使用“剛”性骨架材料，如聚酰亞胺、芳綸、聚芳砜酰胺、玻璃纖維和纖維素等無紡布材料，改善電池的力學(xué)性能和尺寸熱穩(wěn)定性能；利用“柔”性離子傳輸材料賦予優(yōu)異的離子傳導(dǎo)性和界面穩(wěn)定性，通過“并濟(jì)”即2種或多種材料復(fù)合達(dá)到多贏的效果，實現(xiàn)綜合性能的大幅提高，進(jìn)而滿足動力電池的要求。

敬天惜物、取法自然，該研究探究“剛?cè)岵?jì)”的復(fù)合聚合物電解質(zhì)體系，實現(xiàn)剛?cè)岬膶α⒔y(tǒng)一，來實現(xiàn)力學(xué)強度、耐熱性能、電位窗口、界面穩(wěn)定性和離子導(dǎo)電率等綜合性能的提升。（青島生物能源與過程研究所）

天津大學(xué)研制出高效混菌微生物燃料電池

天津大學(xué)化工學(xué)院學(xué)生團(tuán)隊研發(fā)出的成果——高效混菌微生物燃料電池，日前獲得2015國際遺傳工程機器設(shè)計競賽（iGEM）金獎及該賽事Best Energy Project單項獎。

目前，國內(nèi)外研制單一菌種微生物燃料電池較多，但由于產(chǎn)電菌自身代謝能力有限、培養(yǎng)條件苛刻等，導(dǎo)致電池產(chǎn)電效率低。天大的微生物燃料電池選取混合菌群體系，利用基因工程對菌株進(jìn)行改造，使混菌體系不僅共生，還能高效協(xié)同。經(jīng)過逐步技術(shù)優(yōu)化，將能生產(chǎn)出同鋰電池電量相同的電輸出。據(jù)悉，天大研制的這款電池目前能持續(xù)高效產(chǎn)電超過80h。（人民網(wǎng)）