石墨烯基二氧化碳还原电催化材料研究进展

摘要:通过电化学方法来减少二氧化碳(CO2),同时生产燃料和高附加值化学品,是一种克服全球变暖问题的有效策略,对于缓解能源和环境的双重压力具有重要的现实意义。由于CO2 稳定的分子结构,设计高选择性、高能效和低成本的电催化剂是关键。石墨烯及其衍生物因其独特且优异的物理、力学和电学性能,相对较低的成本,使其在CO2 电还原方面具有竞争力。此外,石墨烯基材料的表面可以通过使用不同的方法进行改性,包括掺杂、缺陷工程、构建复合结构和包覆形状。首先,本文综述了电化学CO2 还原的基本概念、评价标准,以及催化原理和过程。其次,简要介绍了石墨烯基催化剂的制备方法,并按照催化位点的类别,总结了石墨烯基催化剂近年来的研究进展。最后,对CO2 电还原技术未来发展方向进行了探讨与展望。

钠离子电池硫酸铁钠正极的关键问题及设计策略

摘要:钠离子电池具有资源丰富和低成本优势, 是锂离子电池的有益补充, 有广阔的应用前景. 正极材料是关系钠离子电池成本的关键, 因此开发低成本、高性能的正极材料对推动钠离子电池应用具有重要意义. 具有Alluaudite 型三维框架的硫酸铁钠正极材料不仅结构稳定、能量密度高, 且其原料来源广泛、环境友好, 是一种有竞争力的低成本钠离子电池正极材料. 然而, 硫酸铁钠材料面临着本征电导率低、界面性质活泼以及合成过程中容易出现杂相等问题, 限制了其在大规模储能体系中的应用. 本综述从材料晶体结构、钠离子脱嵌机制出发, 总结了其合成方法以及所面临的关键问题, 并从非化学计量比设计、元素掺杂、碳层包覆等角度详细概述了其改性策略, 最后介绍了该材料的产业化进程. 本综述为进一步提升硫酸铁钠的电化学性能提供了设计策略, 有望推动其商业化应用进程.

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。

用于燃料电池双极板的不锈钢成分优化

摘要:利用团簇式方法,通过对Fe-Cr-Ni合金进行成分精修,在保持合金良好耐蚀性的同时,提升不锈钢的导电性。首先,解析316L不锈钢的成分,获得其Fe-Cr-Ni 基础成分的理想团簇式[Ni-Fe11Ni1]Cr3,进而,固定Cr3,将Ni含量(质量分数)从6.63%变到32.74%,得到符合团簇成分通式[Ni-Fe13-xNix-1]Cr3 = Fe13-xNixCr3 (x = 1~5)的合金成分。利用真空电弧熔炼并铜模浇注成直径10 mm试棒,随后进行固溶及水淬处理。实验结果表明,在模拟双极板服役环境(0.5 mol/L H2SO4+2×10-6 HF)下,随着Ni 含量提高,在酸钝化后,自腐蚀电流密度由14.39μA/cm2降低至1.10μA/cm2,在电化学氮化后,由1.03μA/cm2降低至0.29μA/cm2。这些数据均优于参照合金316L不锈钢(分别为7.51和0.47μA/cm2),甚至低于0.5μA/cm2的目前产业目标。在0.064 MPa压力下接触电阻逐渐减小(酸钝化后,从1.16Ω·cm2减至0.98Ω·cm2,电化学氮化后,从1.07Ω·cm2减至1.03Ω·cm2),优于316L不锈钢的1.1Ω·cm2。上述实验结果表明,Ni含量的持续添加能够提升合金作为双极板的使役性能,最佳的不锈钢成分配方为[Ni-Fe10Ni2]Cr3,可以作为替代316L的新型不锈钢。电化学氮化处理方法在提升合金耐蚀性的同时,保持了相当高的接触电阻,是较好的不锈钢双极板表面处理方法。

水系锌离子电池负极界面双电层结构调控及先进表征研究进展

摘要:近年来, 水系锌基电池因其本征安全性以及资源丰富的特点引起了研究者的广泛关注. 然而, 由于锌负极与电解液界面稳定性差, 极大地降低了锌负极的循环稳定性, 阻碍了水系锌离子电池的发展. 双电层的结构是控制负极界面性能的关键因素, 但由于表征技术的限制, 对其微观层面的理解仍处于起步阶段. 本文系统地讨论了双电层的结构、界面反应机制、调控策略以及对双电层的先进表征和理论模拟方法. 重点关注了水体系下锌负极界面处双电层的结构演化机制、锌离子溶剂化结构和界面双电层的调控策略以及双电层的先进表征方法, 为锌负极界面双电层调控及表征提供了参考和借鉴意义.

锂硫电池凝胶聚合物电解质:合成工艺及先进表征技术

摘要:凝胶聚合物电解质(GPE) 的应用为改善锂硫电池的安全性和抑制穿梭效应提供一种有希望的方案。凝胶聚合物电解质能够改善全固态电解质与双电极之间存在的高界面阻抗所带来的电荷转移受阻、锂沉积不均匀等问题,有效解决容量衰减快、循环稳定性差等缺陷。本文针对锂硫电池中制备凝胶聚合物电解质所采用的原位聚合和非原位聚合两种不同的工艺手段进行介绍,通过阐述不同合成工艺改进凝胶聚合物电解质基底的方法,重点分析不同工艺所带来的“收益”,并介绍了具有实时性和精准性的原位表征仪器在锂硫电池中的应用,指出原位先进表征技术对锂硫电池电极材料设计的指导作用,并供科研工作者开发研究更适宜产业化的凝胶聚合物电解质的合成工艺,展望未来锂硫电池凝胶聚合物电解质合成设计的发展方向。

锂电池极片轧制技术研究进展

摘要:动力锂离子电池作为新能源汽车的“心脏”,其核心部件———正负极片的轧制厚度一致性、压实密度及剥离强度等指标直接决定着锂电池关键性能及安全性。针对锂电池极片轧制工艺技术及装备,介绍了近年来国内外学者在极片新型轧制工艺、轧制后极片微结构及性能、轧制过程工艺模型及极片轧制设备等方面的研究现状及研究成果,并结合未来锂电池行业需求及极片制备行业发展现状,对极片轧制工艺研究及装备工艺智能化升级方向进行了展望。

“双碳”目标下我国新能源行业关键金属供应分析

摘要:风电、光伏发电等新能源行业是支撑实现“双碳”目标的关键领域,我国风电、光伏发电的装机规模居世界首位,保障关键金属材料供应、进行更精准的新兴固废管理具有重要意义。本文基于我国风电、光伏发电行业的历史数据和规划目标,设定了不同的发展情景;应用风电、光伏发电设备的寿命分布模型,评估了我国新能源行业关键金属的需求、废弃和供应情况;重点识别了银、铜、镓、银、钢铁、钕等金属的供应压力,为2060年前构建绿色低碳能源发展格局提供了基础支撑。在基准情景下,2035年的风电、光伏发电行业退役量分别为4.6 GW、28.3 GW;2035年、2060年的风电、光伏发电设备退役量(按质量计)分别为2.54×106 t、1.048×107 t。从我国新能源行业的关键金属供应压力来看,2030—2060 年,钢铁为低风险(≤5%),钕为中高风险(25%~50%),铜、银为高风险(50%~100%),镓、铟因需求峰值过高而被列为极度危险等级。改善新能源产业供应链的安全性和多样性,既需要确保金属矿产资源的可持续供应,也需要开展回收循环和高效利用;为此建议将风电、光伏发电退役设备按照废弃电器电子产品进行管理,将风电、光伏发电企业纳入《固定污染源排污许可分类管理名录》,加快完善分布式新能源固废回收体系,切实提高新兴固废回收技术水平。

晶硅太阳能电池正银浆料用玻璃粉技术发展现状

摘要:正银浆料用玻璃粉是构成晶硅太阳能电池正银电极的关键功能材料。通过文献调研,对目前国内外晶硅太阳能电池正银浆料用玻璃粉的技术发展现状进行了梳理,为该领域的技术创新提供参考借鉴。

金属卤化物钙钛矿纳米晶在荧光传感领域的应用进展

摘要:金属卤化物钙钛矿纳米晶因具独特的物理和化学特性,如高光吸收系数、窄发射光谱、高光致发光量子产率以及可调的组分与尺寸等,在发光二极管、太阳能电池、光电探测器、催化、激光、荧光传感等光电技术领域展现出广泛的应用潜力,已成为材料科学领域的研究热点。本文基于金属卤化物钙钛矿纳米晶在荧光传感领域的应用,重点归纳了金属卤化物钙钛矿纳米晶的制备技术、荧光传感机制及在该领域的应用研究进展;同时讨论了其在荧光传感领域应用中面临的稳定性问题及解决方案;最后,总结和展望了具有更高光学性能和稳定性的金属卤化物钙钛矿材料的发展方向。本文旨在通过对其在荧光传感领域应用的综述分析总结,为促进研究人员开发高效稳定的钙钛矿材料提供借鉴。