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“双碳”目标下中国工业部门氢能需求量测算及供给结构路径优化

“双碳”目标下中国工业部门氢能需求量测算及供给结构路径优化

摘要：在推进“双碳”目标实现的过程中，中国的能源系统迫切需要加快转型。工业部门由于其特有的对传统化石能源燃料和原料的依赖，发展过程中存在大量难减排的行业，氢能以来源丰富、绿色低碳、应用广泛等优势为工业部门提供了一条切实可行的深度脱碳路线。为此，构建了3 阶段模型框架，测算了中国工业部门重点行业氢能需求量，最后探讨了氢能供给结构的优化路径。研究结果显示：①工业部门用氢主要集中于钢铁、水泥、甲醇及合成氨等难以通过电气化实现脱碳的关键行业；②从需求侧来看，在参考情景、低渗透情景及高渗透情景下，2060 年工业部门的氢能需求量分别为2 509.1×104 t、5 037.8×104 t、6 865.7×104 t ；③从供给侧来看，氢能供给结构将从以化石能源为主的灰氢逐步过渡到以可再生能源为主的绿氢；④随着绿氢的应用比例增高，预计在2020—2060年期间，氢能可累计替代煤炭41.7×108 t 标准煤、石油11.3×108 t 标准煤，累计碳减排贡献比例有望达16.7%。结论认为，中国工业部门减少化石能源需求量和碳排放量需要重点依托绿氢产业的高质量发展。
新能源 2024年10月28日
大面积有机-无机杂化钙钛矿薄膜及其光伏应用研究进展

大面积有机-无机杂化钙钛矿薄膜及其光伏应用研究进展

摘要: 有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池具有制备成本低、光电转换效率(Photoelectric Conversion Efficiency, PCE)高的巨大优势, 显示出广阔的商业化前景。经过十几年的深入研究, 钙钛矿太阳能电池(Perovskite Solar Cells, PSCs)的实验室器件(＜1 cm2)、大面积器件(1~10 cm2)、迷你模组级器件(10~800 cm2)和模组级器件(＞800 cm2)的最高认证PCE已分别提升至26.10%、24.35%、22.40%和18.60%。随着PSCs 面积扩大, PCE 急剧下降, 这主要是因为制备方法的局限性，难以获得高质量的大面积钙钛矿薄膜。实验室器件常采用的旋涂法难以应用到实际生产中, 目前大面积钙钛矿薄膜的制备方法主要有刮涂法和狭缝涂布法, 但其存在薄膜成核结晶过程难以精确控制等问题。本文从大面积有机–无机杂化钙钛矿薄膜的制备方法入手, 介绍了大面积钙钛矿层成膜机制及薄膜质量提升策略。最后, 对未来高PCE、高稳定性的大面积PSCs 的制备技术和应用进行了展望, 旨在对高性能的大面积PSCs 研究提供有益参考。
新能源 2024年10月25日
石墨烯在析氢电催化剂中的应用

石墨烯在析氢电催化剂中的应用

摘要：氢能源是新能源技术发展的重要方向。工业化规模电解水制氢需要采用低成本析氢催化剂材料降低其过电势。石墨烯因其具有超大的比表面积、优异的导电性、良好的稳定性、可调的电子结构以及结构和表面态易于修饰等优点，在析氢电催化剂材料中展现出了广阔的应用前景。本文详细分析了石墨烯应用于析氢电催化中的作用机制。依据作用机制的不同，对石墨烯析氢电催化剂材料进行了分类，并对其研究进展进行了综述。最后对石墨烯析氢电催化材料的发展方向进行了展望。
新能源 2024年10月23日
阻燃型凝胶聚合物电解质在碱金属电池中的研究进展

阻燃型凝胶聚合物电解质在碱金属电池中的研究进展

摘要： 阻燃型凝胶聚合物电解质不仅具有良好的枝晶抑制作用，还具有不易泄漏、不可燃等高安全特性，可有效解决热失控或机械冲击等造成的安全隐患，在碱金属电池中具有重要应用前景。该文综述了阻燃型凝胶聚合物电解质在碱金属电池(涉及锂、钠、铝、锌等)中的研究进展。该文首先讨论了凝胶聚合物电解质的阻燃机理；其次，总结了阻燃型凝胶聚合物电解质的常用制备方法；再次，论述了不同类别阻燃型凝胶聚合物电解质在不同碱金属电池体系中的应用状况；最后，提出了目前存在的挑战和未来可能的发展方向。
新能源 2024年10月16日
可逆固体氧化物电池电极材料的研究进展

可逆固体氧化物电池电极材料的研究进展

摘要：可逆固体氧化物电池电极材料在应对能源挑战和降低环境污染方面具有重要作用。文章介绍了固体氧化物燃料电池和电解电池的工作原理及它们结合成可逆固体氧化物电池的优点。着重讨论了电极材料选择对电池性能的重大影响，并深入分析了钙钛矿氧化物材料在氧电极氧还原/氧析出反应动力学提升方面的作用。此外，探讨了采用掺杂、离子缺陷引入、合成方法改进以及机器学习等策略来优化电极性能。同时，指出了燃料电极在不同运行模式下面临的挑战，如结构劣化和碳沉积等，为高效、稳定的可逆固体氧化物电池发展提供了新视角和方法。
新能源 2024年10月15日
生物炭材料应用于超级电容器的研究进展

生物炭材料应用于超级电容器的研究进展

摘要:生物炭具有来源广泛、价格低廉、导电性优异、形貌易调控和物理化学性能稳定等优点,被广泛应用于超级电容器领域中。通过调控炭材料的多孔结构与形貌结构、杂原子掺杂、复合高电容量材料以及材料尺度纳米化等,可不断获得超级电容器综合性能优异的生物炭材料。文章首先阐述超级电容器的储能机理及分类,再总结了不同生物质结构、元素特征和各种生物炭表征技术。在此基础上,从炭材料形貌、孔结构、石墨程度、表面官能团、元素掺杂和材料复合角度总结了生物炭材料超级电容器储能性能提升的优化手段。随后,详细介绍了0D、1D、2D、3D 纳米生物炭材料在超级电容器方面的研究进展。为制备高性能超级电容器生物炭电极材料提供了有效的研究参考方向。
新能源 2024年10月14日
双极膜研究进展及氢能方向应用展望　

双极膜研究进展及氢能方向应用展望　

摘要:燃料电池、电解水制氢等利用氢能的可再生能源转换技术在“双碳”目标进程中扮演着关键角色,双极膜燃料电池和双极膜电解水制氢是近十几年才提出的、以双极膜为电解质的新型电化学能源转换装置。从双极膜水解离机理出发,详细介绍双极膜的组成、界面层结构及制备工艺,并对双极膜在不同领域的应用进行了梳理和展望,其中主要着眼于双极膜在燃料电池和电解水制氢2大氢能领域的国内外研究进展,探索由双极膜结构带来的独特应用优势,提出关键问题和发展方向,总结绿色制氢发展的机遇和挑战。
新能源 2024年10月12日
基于机器视觉的太阳能电池片缺陷检测算法综述

基于机器视觉的太阳能电池片缺陷检测算法综述

摘要：太阳能电池片（Photovoltaic， PV）表面缺陷检测是光伏组件生产中不可或缺的流程。基于机器视觉的自动缺陷检测方法因其高精度、实时性、低成本等优点得到了广泛应用。本文综述了基于机器视觉的太阳能电池片表面缺陷检测方法的研究进展。首先，阐述了太阳能电池片表面成像方式，列举了典型缺陷类型。然后重点分析了基于传统机器视觉算法及基于深度学习算法进行太阳能电池片表面缺陷检测的原理。将传统机器视觉算法分为图像域分析法、变换域分析法进行综述；从无监督学习、有监督学习和弱监督及半监督学习三个方面分别概述了近几年来基于深度学习的太阳能电池片表面缺陷检测的研究现状。对太阳能电池片表面缺陷检测各种典型方法进一步细分归类和对比分析，总结了每种方法的优缺点。随后，介绍了9 种太阳能电池片表面缺陷图像数据集及缺陷检测性能评价指标。最后，系统总结了太阳能电池片缺陷检测常见的关键问题及其解决方法，对太阳能电池片表面缺陷检测的未来发展趋势进行了展望。
新能源 2024年10月09日
光伏跟踪支架檩条结构高刚性轻量化设计

光伏跟踪支架檩条结构高刚性轻量化设计

摘要:在太阳能光伏跟踪支架系统中,冷弯型檩条结构被用于支撑光伏板,安装位置介于主梁与边框之间。首先构建以结构柔顺度最小为设计目标、单元相对密度为设计变量、体积与一阶固有频率为约束的拓扑优化数学模型,基于SIMP法获得檩条结构的最优布局构型,在此基础上,对拓扑优化构型进行工程化设计,并制造加工出相关结构。然后根据太阳能光伏跟踪支架实际服役于不同风速荷载下的环境,设计分步测试载荷工况,分别对优化前后的檩条结构进行静动态仿真分析,由仿真结果可知优化后的檩条结构在抗弯、抗扭性能以及固有频率方面均得到了提高,从而验证了优化设计方法的有效性。最后采用实验测试方法对优化设计后的檩条结构性能进行验证。研究结果表明,在机械性能明显增强的前提下,檩条结构实现了减重8.8%。
新能源 2024年09月30日
磷酸铁锂电池循环利用：从基础研究到产业化

磷酸铁锂电池循环利用：从基础研究到产业化

摘要：磷酸铁锂（LiFePO4）电池因其良好的循环性、高安全性、低成本在电动汽车和储能领域得到广泛应用，市场保有量的持续增加引发了对废旧LiFePO4电池循环利用的更多重视；然而LiFePO4自身的价值属性不突出、综合回收技术壁垒偏高，导致废旧LiFePO4电池的高值回收仍是LiFePO4电池循环利用的关键问题。本文总结了LiFePO4电池的退役路径和再生利用路径，从预处理、资源再生两方面梳理了LiFePO4正极废料再生利用的研究进展，得出了直接再生更具应用潜能但仍处于技术初步研究阶段、间接再生适合原料复杂性较高或需要高价值资源储备情况的基本判断。着眼LiFePO4正极废料再生利用产业化发展，识别出发展前提、发展关键、发展保障3个方面的产业化重要因素，展示了LiFePO4全组分短程再生利用技术及其万吨级生产线应用案例。进一步阐述了退役电池残能检测、智能化拆解预处理、正极废料直接再生等LiFePO4电池循环利用技术的发展趋势，原料来源及使用状况复杂、多种金属杂质精深脱除、正极材料更新换代等LiFePO4电池循环利用技术的应用挑战，提出了规范管理并顺畅回收渠道、加快关键技术攻关与应用转化、加强宣传和推广力度以提高市场接受度等发展建议，以畅通LiFePO4电池从基础研究到产业化的创新路径，促进LiFePO4电池循环利用及关联产业绿色发展。
新能源 2024年09月30日