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。

“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。

锂离子电池磷酸锰铁锂正极材料研究进展

摘要:磷酸锰铁锂兼具LiFePO4结构稳定性好和LiMnPO4工作电压高(4.10V(vs.Li/Li+))的优点, 其能量密度相较于LiFePO4可提升15%-20%,是一种极具产业化应用前景的锂离子电池(LIBs)正极材料。然而,该材料的电化学性能受到了其离子/电子传输能力弱和晶体结构稳定性不足等问题的严重限制,难以满足产业化应用需求。总结了LiMn1-xFexPO4正极材料近年来的研究进展,从晶体结构、储锂机制、制备方法和性能提升策略等方面进行了系统阐述和深入分析。在此基础之上,对LiMn1-xFexPO正极材料的产业化发展路径进行了总结与展望,对LiMn1-xFexPO4正极材料电化学储锂机制、制备方法与性能提升策略的深入分析,可为该材料的基础研究和产业开发提供重要理论指导。

中国海上风电发展现状及对策建议研究

摘要:海洋具有广阔的空间和较为理想的风力条件,相比陆上风电,海上风电能够获取更为稳定和强劲的风能资源,从而提高发电效率和输出功率。在分析中国海上风电发展现状的基础上,结合中国发展海上风电存在海洋资源法律体系不完备、海洋规划体系待深化、海洋综合管理机制不健全、海上风电产业政策支持力度不够等问题,借鉴国外发展海上风电的经验,从完善海洋资源开发利用管理立法、加强海洋空间规划体系保障、健全海洋资源开发利用管理机制、完善海上风电产业链发展政策等方面提出中国发展海上风电的对策建议,可以为中国海上风电产业的未来发展提供参考和借鉴。

氢能与燃料电池关键科学技术:挑战与前景

摘要: 氢能是可持续的二次清洁能源,产业链主要包括氢气的制取、储存、运输和应用等环节. 燃料电池是氢能利用的主要方式, 处于产业链的核心地位。以氢能产业链为主线,围绕氢能燃料电池产业化进展,对制氢、储氢、加氢站、氢能燃料电池电堆及关键材料, 以及车用燃料电池系统关键部件的技术特征、产业化进展、发展现状及存在的挑战进行了概述,尤其对中国燃料电池产业链的发展现状进行了重点介绍。为了加速氢能与燃料电池真正意义上的产业化, 还提出了几点需要克服挑战的研发方向。

镁离子电池的工作原理与关键材料

摘要:镁离子电池具有原料丰富、成本低廉、环境友好以及高体积比容量等优点,近年来备受广泛研究。然而,充放电过程中缓慢的Mg2+ 扩散动力学性能、镁金属负极表面钝化层的形成以及电解液对空气敏感、腐蚀性强与电压窗口低等问题阻碍了其发展和实际应用。探索合适的电极材料以及与之兼容性好的电解液对镁离子电池的发展至关重要。简述了镁离子电池的工作原理,总结了镁离子电池正极、负极材料以及电解质的研究现状,并探讨了它们存在的问题以及相应的解决策略,旨在推动镁离子电池的进一步发展。

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。

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。

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。

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。