新能源材料

新材料破解气体燃料低压常温储存难题

美国研究人员开发了一种柔性空穴材料，用以破解气体燃料的低压和常温储存难题，帮助延长天然气动力车辆的续航里程，降低对加气站的压力配置要求。

这种材料包含“金属-有机框架”（MOF），由无机金属单元与有机配体复合构建而成，整体结构内散布钴原子和铁原子，链接位点采用邻苯二甲酸二丁酯，其体积扩张时空穴增多，体积缩小时空穴几乎全部消失。加利福尼亚大学伯克利分校的研究人员在英国《自然》杂志上报告说，在首批实验中，只需以家用压缩机产生的压力（相当于大气压的35～36倍），泵入天然气的主要成分甲烷，柔性MOF材料就会扩张并吸附这种气体。相反，如果甲烷释出，用于驱动车辆发动机，这种柔性材料便会缩小。

设定这一课题的动因是天然气与汽油或柴油相比，价格低廉，相对洁净。但压缩天然气的罐装压力是250个大气压，液态天然气的储存温度则是-162℃。另外，在相同的燃料箱容积内，压缩天然气的能量密度至多是汽油能量密度的三分之一，前者的续航能力明显不足。燃料储存问题阻碍天然气或氢气动力车的推广。美国现有超过15万辆车以压缩天然气为动力，其中卡车和客车居多。

加利福尼亚大学伯克利分校的化学教授杰弗里·朗主导这一研究项目，他认为适用于下一代天然气动力车的新材料理应在35个大气压下吸附甲烷，储存燃料。在5～6个大气压下释出甲烷，向发动机输送燃料。现阶段，除了最大限度提高这种新材料吸附甲烷的能力以外，研究人员还在为储存氢气开发类似材料。如果实现高密度低压及常温储存，按照研究人员的设想，“或许大家可以在自己家里（给天然气动力车）加气”。（新华网）

美研究称超小黄铁矿量子点可提升电池性能

如果智能手机的电池中添加了量子点——比人类发丝宽度小1万倍的纳米晶体，充电时间可以缩短到30s，但效果只能维持几个充电周期。不过，美国范德堡大学的研究团队找到了解决办法：使用蕴藏丰富、成本低廉的黄铁矿来制造量子点，可确保电池在几十个充电周期内都能快速充电。纳米级材料虽可显著提高电池性能，但当尺寸小于10nm（40～50个原子的宽度）时，纳米粒子便与电解液发生化学反应，所以只能充放电几次，这成为锂离子电池商用迈不过去的“门槛”。该校机械工程专业助理教授卡里·品特指导、研究生安娜·道格拉斯带领的研究小组利用标准的锂纽扣电池和不同规格的黄铁矿量子点进行实验，发现4.5nm大小的量子点可以极大地提升电池的充电速度，延长使用周期。

这是因为，黄铁矿能通过一种独特的方式转变为铁和锂—硫（或硫酸钠）化合物来储能，与商业锂离子电池存储电荷的机制不同。根据他们的观察，这些超小纳米颗粒允许铁移动到表面，而钠或锂则与黄铁矿中的硫发生反应，但如果换成较大的颗粒，铁就无法在黄铁矿材料中移动，从而限制了它们的储能能力。

品特认为，理解这种化学储能机制至关重要，将有助于按照摩尔定律来革新电池性能，加快向电动汽车过渡的步伐。他表示，未来新工具的开发将使他们有能力研制可在几秒钟内充电、几天时间内放电的电池，并且循环次数可多达几万次，储能能力可让电动汽车与汽油车媲美。（科技日报）

“智能玻璃”让电池长命

移动设备的功能越来越强大，但是電池却总是那么不给力，手机怎么又没电了是最常听到的抱怨之一。许多延长设备待机时间的技术是在电池上下功夫，而英国电子工程师佩曼·侯赛尼把目光放在屏幕这个用电“大户”上。由于移动设备90%以上电力用于屏幕显示功能，所以侯赛尼想到研制一种耗电量极低的屏幕材料。他发明了一种“智能玻璃”，能显著减少智能设备屏幕的耗电量，从而延长待机时间。“智能玻璃”技术基于可重写DVD光盘的技术，用电脉冲实现屏幕显示功能，使智能设备充电频率从一天一次延长到一周一次。侯赛尼已经获得牛津大学创新投资机构“牛津科学创新基金”一笔“大额”种子资金，具体数额不详。侯赛尼创办的一家新技术企业计划一年内生产出“智能玻璃”的原型。（新华网）

欧盟研制开发电动汽车自动定向“喇叭”技术

随着电动汽车和混合动力汽车技术的日益成熟，欧委会预计到2020年，电动汽车销售量将至少占到欧盟新车销售量的10%。电动汽车清洁、高效和低噪音，但主要问题可能出自于电动汽车的过于安静，以至于使用道路的弱势群体，如步行者和盲人，很难预测和预防潜在的道路风险。欧盟第七研发框架计划（FP7）提供180万欧元资助，总研发投入300万欧元，由欧盟7个成员国西班牙（总协调）、英国、法国、德国、荷兰、奥地利和比利时，11家创新型中小企业（SMEs）联合科技界和盲人协会组成欧洲EVIDENT研发团队。经过近3年时间的研究开发，成功研制出一款电动汽车自动导向“喇叭”技术及装置，提醒道路弱势群体预防风险。

为降低技术开发成本，研发团队尽可能采用汽车制造业已成熟的电子技术及装置，一定意义上是汽车制造业原有电子技术的重新组合集成，增加了部分自动感应传感器和定向信号发送装置。研发团队的负责人称，最关键原则是不能产生新的道路噪音，为此需要找到提醒但又不能惊吓特定目标路人、同时不干扰其他路人之间的平衡“喇叭”技术，同时也成为研发团队的主攻方向。

研发团队研制的创新型解决方案，预警信号主要从汽车前部自动定向水平发出，悦耳度和音量自动调试是关键。解决方案目前已通过各类道路弱势群体的实地检测验证，包括城市上下班道路使用高峰期的反复考验。解决方案新增的自动传感装置和定向“喇叭”技术成本价格低廉，已受到接洽汽车制造业企业的普遍欢迎，有助于进一步提升电动汽车的竞争力。（科技日报）

中日瑞科学家制成高效率钙钛矿太阳能电池

由日本、中国和瑞士研究人员组成的一个科研小组最近在美国《科学》杂志上报告说，他们借助薄膜掺杂技术，制造出一种面积为1cm2的钙钛矿太阳能电池，其公证效率为15%，是当前国际公证的钙钛矿电池最高效率。与传统的晶体硅太阳能电池相比，钙钛矿太阳能电池成本较低，更容易生产，而且近年来其光电转换效率获得较大提升，所以是目前最有可能实现低成本产业化以替代化石能源的太阳能电池。

尽管钙钛矿太阳能电池发展迅速，但存在难以在较大面积的基底上沉积超薄薄膜而不产生孔洞等缺陷，很难大面积制备。此前报道的高效率结果大多是基于面积为0.1cm2的电池器件。而在光伏领域，标准的太阳能电池效率测定需要电池面积至少在1cm2以上。

在新研究中，日本物质材料研究机构、上海交通大学、华中科技大学与瑞士苏黎世联邦理工大学等机构的研究人员借助常见的半导体工艺掺杂技术，给钙钛矿电池的无机界面层氧化镍薄膜重掺杂锂与镁，将其导电性提高了10倍左右。

研究主要负责人、日本物质材料研究机构光伏材料组组长韩礼元解释说，由于导电性提高，他们可以增加重掺杂氧化镍薄膜厚度而不减损电池效率，从而大大降低了该薄膜的孔洞密度等缺陷，最终制备出面积为1cm2米的高效率钙钛矿太阳能电池。研究人员还在日本标准光伏测量实验室对他们制备的钙钛矿太阳能电池进行了效率公证，公证效率为15%，被收录于2015年第46期《太阳能电池效率表》。

薄膜太阳能电池可分为3代：第1代为非晶硅薄膜电池，最高效率为13.6%；第2代为无机化合物薄膜太阳能电池，如铜铟镓硒电池效率达到21.7%；第3代电池仍处于研发阶段，包括染料敏化太阳能电池（效率达11.9%）、有机薄膜太阳能电池（效率达11.5%）和钙钛矿太阳能电池等。韩礼元说：“我们认证的钙钛矿电池效率（15%）已经远高于同一代的染料敏化太阳能电池和有机薄膜太阳能电池。尽管与单晶硅（25.6%）和多晶硅（20.8%）太阳能电池的效率还存在一定差距，我们相信钙钛矿电池的效率将很快突破20%，甚至在不远的将来超过25%。”（中央政府门户网站）

日本最大太阳能发电站竣工

日本风力发电巨头Eurus能源控股11月10日在青森县六所村举行了当地大规模太阳能发电站的竣工仪式。该发电站已于2015年11月10月开始营运，输出功率约达11.5万kW。这是日本国内正在运转的太阳能发电站中规模最大的一座，一年可为3.8万户普通家庭供电。

该发电站于2013年8月开工，工程耗资490亿日元（约合人民币25亿元），设置了51.36万个太阳能板。所发电力全部售给东北电力公司。（人民网）

激光瞬间加热材料温度超过太阳

最近，英国伦敦帝国理工学院的理论物理学家提出一种新的加热机制，通过高能激光产生无对撞静电冲击波，能在20飞秒内把小块固体材料加热到千电子伏特（千万度）级别，比太阳中心温度还要高。相关成果发表在最近的《自然·通讯》杂志上。

研究人员称，这是他们第一次提出这种方法，有望为研究热核聚变能源开辟新途径——科学家们一直在寻求如何模仿太阳产生清洁能源。

据物理学家组织网报道，新方法的加热速度是目前美国加州劳伦斯·利弗莫尔国家实验室聚变实验中的100倍。在大部分材料中，激光能量会首先加热材料中的电子，再由电子去加热组成物质的粒子——离子。研究小组的方法是利用激光诱导的静电冲击波直接加热离子，因此比通过电子间接加热更快。

通常，当高强度激光照射到材料上时，产生的静电冲击波会推动离子，使它们加速离开而无法被加热。研究人员发现，如果材料中含有特殊的离子联接，它们会通过冲击波获得不同的加速度，从而导致摩擦，反过来使它们迅速变热。这种效果在含有两种离子的固体（如塑料）中最强，只有一种离子时，就没这种效果。此外，密度大也是加热速度快的原因之一。冲击波通过高密度材料时，离子被挤在一起，摩擦效果比低密度材料要大得多。

论文合著者、该校物理系博士马克·夏洛克说：“2种离子就像火柴头和火柴盒，你两个都需要。一根火柴自己是不会烧起来的。”

论文第一作者阿瑟·特瑞尔说，聚变研究中的问题之一就是如何在恰当时间、恰当地点从激光中获得能量。而这一方法让能量直接进入了离子。

太阳温度非常高，而这一次英国的理论物理学家可以把固态材料的温度加热到比太阳中心的温度还要高，并有望成就强大的热核聚变能源。换句话说，未来我们可能创造出许许多多的“人造太阳”，为人类带来无限的清洁能源。事实上，各国的科学家都在为了这一大胆的创想而探索。其中，世界最大激光器——美国国家点火装置正距离这个目标越来越近。希望英国科学家的新研究可以帮助人类早日实现这个愿望，让多年的梦想逐步成为现实。（科技日报）

科学家研制出新型流电池可比传统电池多储存10倍电量

被称为流电池的工业规模的电池有朝一日将开辟可再生能源的广泛使用，但这只有在这些设备能够便宜地存储大量能源，并将其输送到电网中时才能實现。而这正是传统流电池不能做的事。如今，研究人员报告说，他们已经研制出一种使用锂离子技术的新型流电池，这种电池存储的能量大约为市场上最常见流电池的10倍。在经过一些改进后，新电池将能够对人们存储和释放能源的方式产生重要影响。

流电池与人们都在使用的充电电池没有什么大的区别，除了它们巨大的体积。在传统充电电池中，电荷被储存在名为阳极的电极中。当放电时，电子被拉出阳极，连通它们工作的外部电路，并返回名为阴极的第二个电极。电极之间的液体电解质输送离子通过电池从而使电荷保持平衡。电池可以通过插上电源进行充电——此举迫使电荷与离子反向流动。然而在流电池中，电荷被储存在位于外部液槽的液体电解质中。运送电荷的电解质能够随后被泵送到一个电极组件中，这种组件被称为叠层，包含了被一个离子导电膜分离的两个电极。这一装置使得大量电解质能够被储存于液槽中。由于这些液槽没有体积限制，因此一部流电池的存储能力可以根据需要按比例放大。这也就使得它们成为为输电网存储大量能源的理想装置。

新加坡国立大学材料学家Qing Wang率领的研究团队提出了一个混合的解决方案。他们保持了整体的流电池体系结构，即由一个中央电极叠层分离的电荷储存槽。但是在外部液槽的内部，研究人员放置了与液体完全相反的固体锂存储材料，一种含有常见的锂离子电池阴极材料，名为磷酸铁锂（LiFePO4）；另一种含有二氧化钛（TiO2），它有时会被用作锂离子电池的阳极。研究人员随后使用带电液体——被称为氧化还原介质——从固体到叠层并来回运送电荷。固体存储材料是多孔的，足以使液体氧化还原介质沸腾通过，并抓住电子和锂离子，将它们运送到膜。研究人员同时改进了传统柔性膜材料，被称为全氟磺酸，并将其与另一种聚合物结合在一起，从而能够更好地让锂离子通过。该方法已经奏效。研究人员在11月27日的《科学进展》杂志上报告指出，与VRBs相比，这种新型的锂基流电池按液槽的体积计能够比前者多储存10倍的能量。

美国哈佛大学流电池专家Michael Aziz认为，这是一项“非常具有创新性”的工作。但他强调，尽管新电池具有更高的能量密度，但它提供能量的速度只是传统流电池的1/10 000，这对于大多数应用而言太慢了。Wang和他的同事承认这一局限，但他们表示通过进一步改善膜以及电荷转运氧化还原介质，应该能够提高输出流量。如果研究人员真的做到这一点，新的锂基流电池将为可再生能源储存提供急需的支持。（中国科学报）

我国成功自主研发乏燃料贮存格架实现科技突破

由我国核能企业自主研发的乏燃料贮存格架11月10日通过科技鉴定。中国机械工业联合会认为，该贮存格架基于“整体骨架+模块化贮存套筒”技术，各项性能指标达到了国际先进水平。

总部位于深圳的中国广核集团主持完成了该项科技突破。据介绍，乏燃料贮存格架是核燃料循环中的核心设备，广泛应用于乏燃料在堆贮存、中间离堆贮存以及后处理厂贮存。随着我国核电行业的快速发展，乏燃料贮存格架市场需求巨大。然而，受制于乏燃料贮存格架中关键的功能材料——中子吸收体材料等方面的限制，一直未能实现国产化，依赖国外进口，不仅产品供货价格昂贵，而且技术和供货周期上受到制约。

中广核集团发布通告表示，中广核联合江苏核工业格林水处理有限责任公司成功研制出新型“整体骨架+模块化贮存套筒”式乏燃料贮存格架，在有效降低成本的同时，还有效避免了目前我国核电项目普遍采用高密集乏燃料贮存格架所出現的格架变形等问题。通告表示，本次鉴定的顺利通过，标志着我国具备了乏燃料贮存格架的自主设计和自主制造能力，打破了国外的技术垄断，提高了关键核电设备的安全质量，降低了工程建设成本，对促进我国核工业装备产业发展具有重要意义。（新华网）

光解水制氢性能大幅提高

近日，中国科学技术大学教授熊宇杰课题组设计了一类具有原子精度壳层结构的光解水制氢助催化剂，可在降低贵金属铂用量的同时大幅度提高光解水制氢性能。

研究人员基于界面电荷极化作用机制设计出了一类具有原子精度壳层的钯—铂核壳结构助催化剂。该设计利用钯—铂金属间的电势差作为半导体中光生电子的“运动”驱动力，使得电子自发地依次从半导体向金属钯、铂“跑位”，最后聚集在金属铂壳层的外表面，从而驱动了金属铂表面的高效光解水制氢反应。研究人员发展了壳层厚度精准控制的合成方法，无需使用成本高昂的原子层沉积技术即可在液相体系中生长少数原子层厚度的金属壳层。基于该技术，其光解水制氢效率与无助催化剂的半导体光催化剂相比提高了322倍，比传统纯铂助催化剂的半导体光催化剂体系提高了8.2倍。与此同时，该设计以相对廉价的钯内核替代了金属铂，也使材料成本降低。（中国化工报）

青岛储能研究院研发出新型电解质电池材料

现有的锂离子电池液体电解质体系，不能满足动力电池对高能量、高功率和安全性等多方面的要求。青岛储能产业技术研究院研发团队提出了“刚柔并济”的研发思路，开发出一系列新型聚合物电解质体系，很好地解决了上述瓶颈问题，同时大幅提升了安全使用性能。“刚柔并济”就是使用“刚”性骨架材料，如聚酰亚胺、芳纶、聚芳砜酰胺、玻璃纤维和纤维素等无纺布材料，改善电池的力学性能和尺寸热稳定性能；利用“柔”性离子传输材料赋予优异的离子传导性和界面稳定性，通过“并济”即2种或多种材料复合达到多赢的效果，实现综合性能的大幅提高，进而满足动力电池的要求。

敬天惜物、取法自然，该研究探究“刚柔并济”的复合聚合物电解质体系，实现刚柔的对立统一，来实现力学强度、耐热性能、电位窗口、界面稳定性和离子导电率等综合性能的提升。（青岛生物能源与过程研究所）

天津大学研制出高效混菌微生物燃料电池

天津大学化工学院学生团队研发出的成果——高效混菌微生物燃料电池，日前获得2015国际遗传工程机器设计竞赛（iGEM）金奖及该赛事Best Energy Project单项奖。

目前，国内外研制单一菌种微生物燃料电池较多，但由于产电菌自身代谢能力有限、培养条件苛刻等，导致电池产电效率低。天大的微生物燃料电池选取混合菌群体系，利用基因工程对菌株进行改造，使混菌体系不仅共生，还能高效协同。经过逐步技术优化，将能生产出同锂电池电量相同的电输出。据悉，天大研制的这款电池目前能持续高效产电超过80h。（人民网）