基于光、电驱动促进海水中铀和锂提取的研究进展

摘要:铀、锂的富集和分离对绿色能源和工业升级具有重要意义。海水中铀、锂的储量是陆地的数千倍,但浓度极低,从海水中高效提取铀、锂,已成为化学、材料、能源与催化领域的研究前沿之一,基于光电驱动的还原吸附分离技术发展迅速。介绍了光电驱动促进海水中铀和锂提取的研究进展,重点介绍了典型光电驱动提取材料与过程,总结了光、电驱动海水中分离锂和铀的性能及优缺点。基于光电驱动的新策略对锂和铀提取展现出了更快的吸附动力和更强的捕获能力,分析总结了海水提铀和锂中的能量消耗及成本效益,并展望了光电驱动促进海水中铀和锂提取研究的发展趋势,旨在为设计开发新型海水提铀和锂的光电提取材料提供启示。

深远海浮式风电技术发展研究

摘要:发展深远海浮式风电技术是推动海上风电开发降本增效、促进能源结构改革、实现“双碳”愿景的有效途径,因而突破深远海浮式风电发展的技术瓶颈、加快构建经济高效的海上风电体系成为我国能源电力领域的重大任务。本文在梳理国内外深远海浮式风电发展现状、分析我国深远海风电发展挑战的基础上,着重剖析了深远海浮式风电技术攻关要素,涵盖风力机气动荷载演变机理、半潜型基础的运动抑制、张力腿型基础共振、跨物理场测试等科学问题,风力机气动建模、一体化耦合分析、结构疲劳分析、运动抑制、系泊疲劳分析、动态电缆设计、锚固基础承载力分析、先进材料开发与测试、基础结构大规模定制、集成与海上安装回接、智慧运维等关键技术,一体化耦合设计分析、实时孪生系统等基础软件能力。进一步阐述了浮式基础型式、浮式风力机总体设计、关键产品自主研发、核心工业软件、高效建造与安装、智能运维等深远海浮式风力机技术发展方向,提出了构建深远海风电技术创新链、组建深远海风电智能建造与安装产业链、拓展深远海风电产业智能运维体系等发展建议,以为我国深远海浮式风电技术发展研究及工程应用提供前瞻构思。

氧化物系锂离子固态电解质研究进展

摘要:固态锂电池因有望解决化学储能电池的安全隐患、提升能量密度而成为研究热点. 其中固态电解质是固态锂电池的核心材料. 我国在基于氧化物固态电解质的固态电池的研发和产业化上发展迅速, 这对推动我国固态电池行业发展起着不可或缺的作用. 本文对典型氧化物固态电解质包括钠超快离子导体(NASICON)、石榴石(LLZO)型、无机钙钛矿(LLTO)型和LiPON薄膜进行综述, 着重介绍了结晶结构与离子传输机理、提高电导率的方法以及改善电极与电解质界面相容性的措施, 并对它们的优缺点进行了综合对比. 最后, 为未来发展方向提供建议, 以期为氧化物系固态电解质的相关研究提供更加全面的参考.

钙钛矿太阳能电池稳定性研究进展及模组产业化趋势

摘要:有机无机杂化钙钛矿材料具有优异的光电特性,在光伏、显示和传感领域均获得了广泛关注。近年来,钙钛矿太阳能电池技术发展迅速,在效率提升和面积放大方面不断取得突破,但钙钛矿材料和器件的稳定性问题一直没能得到根本性的解决,严重制约了钙钛矿光伏器件的实用性能及商业化推广进程。钙钛矿太阳能电池的不稳定性来源于器件中钙钛矿层、电荷传输材料和电极材料的失效,失效原因主要包括光照、水分、温度和氧气等环境因素,因此深入理解各因素对钙钛矿太阳能电池稳定性的作用机理至关重要。此外,与晶硅和其他薄膜电池相比,钙钛矿太阳能电池在材料性能、器件结构等方面都有较大差别。目前晶硅电池和其他薄膜电池的稳定性评价方法和测试手段对钙钛矿太阳能电池不能完全适用,为了使不同机构间钙钛矿太阳能电池稳定性的测试结果可以对比,需要统一稳定性测试标准。本文总结了钙钛矿材料及光伏器件稳定性的影响因素,剖析了光照、水分、温度和氧气等环境因素对钙钛矿器件稳定性的作用机理,并对提升钙钛矿太阳能电池稳定性的方法进行了综述。最后分析了钙钛矿太阳能电池稳定性的评价方法和测试手段,并对钙钛矿太阳能电池的未来发展方向进行了预测,以期为钙钛矿太阳能电池商业化应用提供新思路。

压电材料在固态金属二次电池中的研究进展

摘要: 固态金属二次电池虽然具有较高的能量密度和良好的安全性,但是当前普遍存在固态电解质离子电导率低、电极与固态电解质界面接触性差和金属负极枝晶生长等问题,这严重阻碍了其在大规模储能中的应用前景。压电材料能够实现机械能和电能的相互转换,具有极化产生内电场的特性,在固态电池中可以用于抑制空间电荷层、促进离子输运动力学、调控金属均匀沉积等。首先介绍了压电材料的基本概念、分类和工作原理,然后详细评述了近年来压电材料在固态金属二次电池中的研究现状,最后对压电材料应用于固态电池中存在的主要问题和未来发展前景进行了总结和展望。

水泥基结构电池:机制、影响因素及应用

摘要:结构储能一体化复合材料为结构与储能的融合发展提供了创新途径。将水泥基材料用作结构电解质,并与电极材料相结合,即可得到水泥基结构电池。本文系统总结了水泥基结构电池的研究进展,阐明了其导电机制和放电机制,并从电极和电解质两个主要方面厘清了影响其电化学性能的关键因素。研究表明,该电池的电压可达1.5 V以上,体积比容量可达8.45×105 mA·h·m−3,并具备充放电的能力。凭借其结构储能一体化特性,水泥基结构电池在绿色储能建筑、智能化混凝土和能量收集混凝土等领域具有应用潜力。最后,指出了目前存在的问题及未来的研究方向。

高温超临界CO2结构材料环境致裂研究进展

摘要:作为能量传递介质,超临界CO2 (S-CO2)在能源领域表现出广阔的应用前景。但S-CO2可以引起高温氧化、碳化腐蚀。腐蚀与应力协同作用下,材料腐蚀加剧,力学性能下降,加速衰退,进而发生环境致裂,引发严重后果。本文梳理S-CO2引起氧化、碳化的耦合腐蚀机制,总结高温高压S-CO2系统环境致裂的评估手段,分析材料在腐蚀和力学协同作用下的环境致裂行为,包括腐蚀后材料力学性能的改变、应力腐蚀、蠕变、腐蚀疲劳、热循环、表面残余应力对腐蚀行为影响等,总结材料环境致裂的行为和机理。相关研究旨在为S-CO2系统的材料选择和环境致裂防护提供理论基础和技术指导。

金属化合物在锂硫电池正极材料及夹层中的应用

摘要:在能源危机的驱使下,电动汽车以及大型储能装置的快速发展需要高能量密度的锂二次电池来实现,锂硫电池硫电极因具有高理论比容量和能量密度而倍受关注。此外,单质硫具有储量丰富、成本低和无毒等优点,使得锂硫电池更具有商业竞争力,因此锂硫电池被认为是最有前途的二次电池之一。然而,锂硫电池依然存在电导率低、穿梭效应、体积膨胀和锂枝晶等问题,这限制其广泛应用。因此,研究者们从正极材料和夹层着手,除了对正极材料的导电性加以改善之外,主要从限制多硫化物的穿梭效应和缓冲正极体积膨胀进行研究。研究发现,相比碳基和聚合物基正极材料,金属化合物基正极材料可以更好地改善锂硫电池的倍率性能和循环稳定性。此外,金属化合物材料作为夹层时同样可以有效缓解这些问题,能够更好地抑制多硫化物的溶解和扩散,减少穿梭效应,提高锂硫电池的电化学性能。一些金属氧化物、金属硫化物、金属氮化物、金属磷化物等作为锂硫电池正极材料或夹层都取得了重大进展。对于部分极性金属化合物而言,其不仅能化学吸附充放电中间产物多硫化物,有效改善硫正极的循环稳定性,而且还能在氧化还原反应中表现出电催化活性,加快多硫化物的转化,提高硫正极的倍率性能。本文综述了近年来金属化合物基正极材料及夹层的研究进展并对其发展前景进行了展望,以期为制备优异性能的锂硫电池正极材料及夹层提供参考。

钠离子电池正极材料循环稳定性提升策略及产业化进程

摘要:与传统锂离子电池相比, 钠离子电池因其成本优势与可持续的资源供应, 被看作是锂离子电池的理想替代品。现阶段主流钠离子电池正极材料包括过渡金属氧化物、聚阴离子型化合物以及普鲁士蓝化合物。然而, 正极材料存在不可逆相转化、Jahn–Teller 效应及界面不稳定等问题, 这严重影响了钠离子电池的循环稳定性。本文系统介绍了钠离子电池正极材料循环稳定性提升策略的研究进展与产业化进程。首先, 详细分析了正极材料的结构、优缺点, 并对比了结构稳定性、成本以及循环性能等。其次, 详细阐述了结构优化与化学元素掺杂策略在提升正极材料循环性能方面的最新研究进展, 探索了结构稳定性、电子电导率、离子迁移速率等与电化学性能之间的相互影响关系。然后, 归纳总结了钠离子电池的发展历程与近年来国内外的产业化进展。最后, 梳理了钠离子电池正极材料及钠离子电池体系仍需关注的问题并展望了其发展前景, 以期推进钠离子电池产业稳步、健康发展。

富镍三元正极材料的改性研究进展

摘要:富镍三元正极材料具有高能量密度和低成本等优点,是一种有前途的正极材料。然而,富镍三元正极材料存在容量衰减和热稳定性差等问题。综述了富镍三元正极材料的晶体结构特性,对三元正极材料存在的问题进行概述;总结了形貌调控、结构设计、离子掺杂和表面包覆等提升正极材料电化学性能的改性方法,重点总结了氟离子掺杂和稀土元素掺杂以及不同合成方法包覆SiO2对电化学性能的影响;对未来的发展进行了总结和展望。