相变储能材料及其应用研究进展

摘要:人类在面临化石能源枯竭的同时,对能量的利用率依然还停留在较低的水平。因此,在大力发展新能源的同时,着力研发节能环保新材料新技术具有十分重要的意义。相变材料(phase-change materials,PCM)是一种节能环保的储能材料,它在蓄热与温控等领域具有大规模商业应用的潜力。本文首先对相变储能材料的基本特征、工作原理以及分类等方面作了简要的介绍;并就相变储能材料在温控与蓄热等领域的应用与发展情况进行了具体的分析,指出了PCM的性能是制约其深入广泛应用的主要技术障碍。在此基础上,详细评述了PCM存在的主要问题以及针对这些问题开展的相关研究工作和最新发展动态,指出通过功能复合等新技术优化材料性能、设计新材料体系、拓展新的应用领域将是相变储能材料未来的主要发展方向。

激光加工在汽轮机叶片中的应用现状

摘要:利用激光作为热源的多种加工方法均能获得与传统加工方法相当的加工效果,如果充分利用激光高能量密度的特性,还能取得更高的精度、更佳的性能,并且可以解决传统加工方法无法解决的工程难题。简要介绍了激光加工的基础并回顾了激光加工技术在汽轮机制造中叶片制造、表面改性、叶片修复等典型应用,论述了目前的应用状态,展望了未来面临的挑战。

中日固态电池专利对比分析

摘要:固态电池技术作为下一代动力电池的重点方向,其研发动态与产业竞争格局深刻影响全球新能源变革。本文基于专利数据,从研发活跃度、技术主题、竞争力及市场布局等多维系统对比了中日两国固态电池技术的差异化发展路径和竞争格局。研究表明,日本依托早期技术积累与延续性政策支持,聚焦硫化物及卤化物电解质研发,构建了高能量密度技术体系,技术复杂度与创新性指数显著领先,并通过广泛的专利布局形成全球性技术壁垒;中国则依靠政策驱动和市场应用的双轨牵引,在半固态电池产业化、复合电解质体系及低成本工艺优化方面形成差异化优势,但高创新性专利占比不足,海外技术市场布局薄弱。基于此,本文提出“基础研发创新-专利体系保障-技术标准引领-产业生态重构”四位一体策略,为优化中国固态电池技术攻关路径提供数据支撑与策略建议。

氢储运技术的发展现状、挑战及未来方向

摘要:氢储运技术是氢能产业链中的一个至关重要的环节,可能成为未来新的百亿级产业。目前主流技术包括高压气态储氢、低温液态储氢和低压固态储氢,另外有机液态储氢也在应用示范阶段。文章总结了近年来氢储运技术的研发及应用进展,分析了面临的困难与挑战,展望了未来的研发方向。总体而言,氢储运技术发展前景广阔,但仍需在降低成本、提高效率、确保安全性和提高国产化率等方面不断突破,以推动氢能产业快速发展。

耦合电解水制氢的绿色有机电合成——电极界面调控策略综述

摘要: 随着全球能源危机和环境污染问题日益加剧,电解水制氢作为一种清洁、高效的制氢技术备受关注。然而,传统电解水阳极析氧反应存在动力学迟缓、过电位高以及氧气副产物等问题,限制了技术的进一步发展。近年来,研究人员发展了利用电解水阳极生成的活性氧物种(ROS)(*OOH、*OH和*O等) 实现有机物选择性氧化的系列策略,可以有效提升电解水的能量、原子利用率,减少能耗,提升生产附加值。电极界面作为电化学反应的场所,电极材料的多尺度结构、反应底物的吸附行为等,都影响着耦合电解水制氢的绿色有机氧化效率和选择性。因此,本文综述了利用活性氧物种氧化有机物耦合电解水制氢的电极表面调控策略,重点讨论了电极强化“界面-底物”过程的作用、电极控制荷质传递过程以及电极调控反应作用机理等三个方面。通过掺杂、构筑应变、引入空位和异质结等手段调控电极电子结构,能够促进ROS生成和反应底物吸附,提升反应选择性与效率;通过采用恒电位和脉冲电解等多种电化学方法,可以调控电极材料的金属价态和电子传递速率,优化反应动力学;通过引入介体或添加剂、开发双效催化剂以及表面插层等手段,可以有效调控电极表面对ROS的吸附与利用,同时调节电极对反应底物的吸附特性。未来研究将集中于电极表面催化形态精准调控、催化剂活性位点优化以及机理研究,推动电解水制氢与绿色有机电化学合成的协同发展,为新能源和绿色化学的应用提供新思路。

水系锌离子电池的最新研究进展

摘要:储能具有能量密度高、响应时间快、维护成本低、安装灵活方便等特点,是未来储能技术的热点发展方向。近年来,锌离子电池由于其成本低廉、比容量高等优点,具有良好的发展前景。水系锌离子电池正极主要有钒基化合物、锰基化合物和普鲁士蓝类似物; 负极主要为锌负极;电解液包括水凝胶电解液、离子液、盐包水电解液和具有添加物的电解液。然而,对正极材料而言,锰基化合物中的Mn2+溶解、钒基化合物放电电压过低、普鲁士蓝类似物比容量较低都影响了锌离子电池的性能。锌电极作为锌离子电池负极面临的挑战主要包括: ( 1) 锌枝晶生长; ( 2) 电解液持续消耗和自放电问题; ( 3) 不可逆副产物的产生。水系电解液在充放电过程中会发生水分解及蒸发,影响电池性能。研究者近年来致力于通过掺杂其他元素、表面涂覆与包覆等方式制备新型电极材料来改善水系锌离子电池正极,通过界面修饰、进行新型锌负极的三维结构设计以及新型电解液的设计研发来减少锌枝晶产生,同时向电解液中添加其他溶液可以拓宽电化学窗口,以得到高性能的水系锌离子电池。目前,向正极材料中掺杂钙、镁、钴等元素和表面包覆以聚吡咯为主的高分子导电聚合物制备的新型电极材料已被成功应用。金属离子合适比例的掺杂不仅可以提高材料容量,同时也形成了有利于Zn2+脱嵌的稳定结构。对锌负极修饰如二氧化钛( TiO2 ) 、金纳米颗粒、聚乙烯醇缩丁醛( PVB) 的表面镀层,或在电解液中添加合适的添加剂,能够提高锌负极的可逆性和稳定性,抑制锌枝晶的生长。上述方法可以直接或间接地提高水系锌离子电池的循环稳定性和库仑效率。本文首先介绍了锌离子电池概况,然后重点阐述了目前水系锌离子电池正极材料、负极材料、电解液和隔膜的研究进展,包括各方面存在的挑战及现有的解决策略,最后对水系锌离子电池电极材料、电解液和隔膜未来的发展进行了展望,为开发制备高性能水系锌离子电池提供了思路。

深远海风电制氢场景下固态储氢系统的应用研究

摘要:深远海风电制氢是开发海洋可再生能源的重要途径,而储氢技术是实现能量转移的关键。针对深远海场景,研究了固态储氢技术的应用可行性。通过构建“海上风电-电解制氢-固态储氢-海运到岸”系统模型,以MgH2 为储氢介质,分析了电解槽配置比例、储氢容量等参数对系统性能的影响。研究表明:电解槽槽风比直接影响系统能效,需在电耗与设备利用率间进行权衡;储氢容量增加可降低弃氢率,但边际效益递减;系统经济性受多因素制约,需综合考虑能效与成本。本研究为深远海风电制氢系统中的储氢技术选型提供了理论依据。

先进表征技术在全固态锂硫电池正极中的应用与挑战

摘要:全固态锂硫电池(ASSLSBs)因其超高的理论能量密度(2600 Wh/kg)和安全性,被视为最具前途的下一代储能体系之一。目前其瓶颈问题主要集中于硫基正极在固态体系中的缓慢氧化还原动力学与机械降解。因此,发展先进表征技术以揭示基于固态电池的硫正极行为,对于优化设计,提升电池性能至关重要。本文综述了先进表征技术在全固态锂硫电池正极开发方面的最新研究进展。结合典型实例,详细介绍X射线、电子、光学和其他新兴技术对硫基正极缓慢动力学、降解机理等方面的揭示作用,为高性能正极开发提供指导意见。最后,展望了表征技术在全固态锂硫正极领域的未来的发展方向以及总结目前所面临的挑战,为今后的研究提供了借鉴和启示。

面向电化学储能的多孔炭材料

摘要:多孔炭材料具有质量轻、比表面积大、导电性好和稳定性高的优点,在电化学储能领域得到了广泛的应用。近几十年来,多孔炭材料的结构构筑和功能化设计取得了较大的进步。本文以多孔炭在不同储能器件中的应用发展为导向,结合多孔炭结构设计和功能化发展,综述了其在锂离子电池、锂空气电池、锂硫电池、锂负极保护、钠离子电池、钾离子电池等电化学储能器件中的研究成果和进展,最后总结了多孔炭的结构控制和功能化的策略,并展望了多孔炭材料未来研究的方向和挑战。

空间太阳电池柔性封装材料与技术研究进展

摘要:基于深空探测、空间电站以及商业航天、微纳卫星、长航时临近空间飞行等任务需求,高效率、轻量化、柔性化、高可靠性是未来空间太阳电池阵发展的主题。太阳电池阵由传统的刚性电池阵、半刚性电池阵向柔性电池阵发展。航天器在轨服役过程中需遭受带电粒子辐射、紫外辐射、原子氧等空间环境,因此需在电池表面封装防护层以减缓电池性能退化。作为太阳电池辐射屏蔽层,盖片的辐射防护性能、光学性能、力学性能是保证电池长期在轨高效稳定运行的核心要素。本文总结了近年来聚硅氧烷、透明聚酰亚胺、赝形玻璃盖片等太阳电池柔性封装材料研究进展,归纳了相关的空间环境模拟试验与在轨暴露试验结果,最后针对太阳电池柔性封装材料与技术的发展及应用进行了探讨展望。