地下储氢库发展现状及气藏型储氢库高效建库十大技术挑战

摘要:地下储氢技术利用地下构造空间实现氢气大规模高压气态储存,具有安全性高、成本低、规模大、周期长的优势,但中国地下储氢库研究起步较晚,尚无地下构造空间储氢实践,亟待形成完整的地下储氢库高效建库方案。为此,在总结国内外用于地下储氢构造空间的类型,回顾地下储氢技术发展历史与现状的基础上,系统梳理了气藏型储氢库高效建库亟待解决的十大技术挑战,研究结果表明:①气藏型地下储氢库的潜在库址与新能源发电资源具有高度的空间重合,便于绿电就地消纳,最适宜我国大规模发展;②气藏型地下储氢库高效建库需重点解决十大技术挑战,即完整性与选址地质评价、氢气与储层介质的反应机理、氢损耗及氢纯度对储氢效率的影响、垫层气类型与占比优选、注采渗流理论与库容设计、氢用特种管材及管道工程关键技术、建库及注采工程关键技术装备、运行期监测与动态分析、风险评估与应急处置方案、生命周期评估等。结论认为:①中国发展地下储氢库具有潜在枯竭/ 衰竭气藏库址众多的资源优势,复杂地质条件储气库创新实践的技术优势,氢能产业链上下游协同发展的产业优势和未来市场应用前景广阔的规模优势,具备实现工业化发展的条件和基础;②针对气藏型储氢库建库难题,需开展系统性技术攻关,构建地质综合选址评价体系,优化储库注采运行方案,研发氢用配套管材与设备,形成运营监测与风险管理系统,建立适应中国地质条件的综合建库理论技术体系。

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.

低成本大规模绿色氢电生产与低成本大容量长时储能

摘要:能源是国民经济的命脉。发展高效低成本大规模绿色氢/电生产技术和低成本长时氢/电储存输运技术,可为巨量CO2减排和足量廉价绿色氢/电供给提供可靠的核心支撑,并为构建新型绿色能源供给体系、保障国家能源安全和实现“双碳”目标提供战略性科技保障。基于该背景,本文分析了当前我国能源供给结构的根本性缺陷和重大需求,阐明了化石能源和可再生能源转化的本质,并指出了能源转化过程中的三个关键科学问题:可再生能源制氢等载能体的高效转化及存储机制、波动性电源直接制氢等载能体的系统集成及优化、含碳能源制氢等载能体与转化利用过程的多目标有机统一。针对关键科学问题,本文综述了能源科学领域近年来通过自然科学和基础科学等多学科交叉所取得的主要进展和成就,探讨了前沿研究方向和科学基金资助战略。

氢键化学赋能高比能锂电池关键材料

摘要:机器人、无人机、电动汽车、智能电子设备的快速发展, 促进了高比能锂电池的迅猛发展. 然而, 高比能锂电池的关键材料面临着锂离子传导差、体积膨胀大、电极/界面不稳定、化学和结构稳定性差等重要挑战. 本综述从基础化学键的角度出发, 系统总结了氢键化学在高比能锂电池关键材料设计优化中的作用. 合理构建氢键网络结构可以提升正负极材料的化学稳定性和结构稳定性,缓解体积膨胀和提升电极/界面稳定性. 氢键可以调控电解液溶剂化结构, 增强聚合物电解质锂离子传输, 赋予聚合物电解质和粘结剂自修复功能并提升其机械性能. 最后, 指出了氢键在高比能锂电池中面临的挑战, 并对其未来的发展进行了展望.

锂离子电容器正极材料的研究进展

摘要:锂离子电容器是介于锂离子电池和超级电容器两者之间的储能器件,兼具高能量密度和高功率密度,被认为是最有前途的电能储存系统之一。本文总结近年来碳基和嵌锂型正极材料的研究进展,详细介绍碳基和嵌锂型电极材料的分类和改性方法。为提高锂离子电容器的使用性能,通过微观结构调控、表面修饰、掺杂改性及复合材料等手段进一步优化正极材料,进行正负极动力学匹配,综合提高其电化学性能。最后梳理出未来锂离子电容器正极材料的研究热点集中在对正极材料微观结构的调控优化、元素掺杂和表面改性以及与其他材料复合等方面,并指出未来发展方向在于优化碳材料的结构与组成、克服倍率和循环性能的限制以及开发在高压下更稳定的正极材料等。

MXene储氢:理论与实验研究结果及未来展望

摘要:【目的】为了探讨氢能源的高效应用和存储安全,研究二维材料MXene在储氢中的理论和实验研究成果。【研究现状】综述MXene结构和储氢应用、理论研究成果和实验研究结果,MXene具有表面化学性质可调节、结构灵活和比表面积高的特点;概括单层和多层MXene储氢的理论研究成果,强调过渡金属元素和表面官能团在优化氢吸附能力中的作用;总结MXene储氢的实验研究结果,展示MXene在低温下和接近室温条件下储氢的潜力;理论预测与实验结果的比较分析强调进一步实验验证和计算优化的必要性。【结论与展望】提出为了提升MXene储氢性能,应关注缺陷工程、层间距优化和机器学习辅助筛选,以提升MXene作为氢储存材料的实用性。

质子交换膜燃料电池双极板表面改性研究进展

摘要:双极板是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的核心部件之一,其性能优劣直接影响电池堆的输出功率和使用寿命。双极板不仅能够将单个电池连接成电池堆并提供支撑,还能提供气体流道、隔离阴阳两极,在燃料电池的工作性能和寿命方面起到关键作用。由于PEMFC的运行环境较为苛刻,包括高温、高湿度和酸性环境,因此双极板需要具备优良的导电性能和抗腐蚀性能,以确保燃料电池的高效、稳定运行。本文简述了PEMFC双极板的发展现状和应用进展,着重阐述了表面导电耐蚀改性方案的研究发展情况,系统介绍了不锈钢、钛及钛合金、铝合金等多种金属双极板基体的表面改性方案,对比不同金属双极板及其表面改性方案的性能特点、发展趋势和存在的问题,探讨了PEMFC金属双极板表面改性的共性问题及发展应用前景。

废旧锂离子电池三元正极材料的全生命周期循环研究进展

摘要:锂离子电池三元正极材料具有高循环稳定性、高能量密度、高充电速率等显著优势, 在新能源汽车、智能手机等领域得以广泛应用。因富含锂、镍、钴、锰等有价金属, 废旧三元正极材料的循环利用更备受关注。从锂离子电池三元正极材料的全生命周期循环的视角, 全面综述了退役锂离子电池的梯次利用、废旧锂离子电池的预处理、有价金属元素的回收、三元正极材料的制备等相关技术。重点总结了火法回收和湿法回收两种回收有价金属元素的方法。分析了废旧锂离子电池三元正极材料的直接修复, 探讨了分步制备和一步制备两种制备三元正极材料的方法。最后, 展望了废旧锂离子电池三元正极材料的循环利用领域的发展方向和需重点关注的问题。

光热催化材料的结构设计、合成及其应用研究

摘要:如何全方面、高效的利用太阳能是引领光催化材料发展的动力,其中光热协同催化由于可以利用全光谱太阳光来激发光催化和热催化之间的协同作用以实现太阳能的高利用效率,受到研究者的极大关注。综述了光热协同催化材料的设计合成、性能优化和实际应用现状,并对光热催化材料的未来发展趋势进行了展望。

钙钛矿太阳能电池中顶电极的研究进展

摘要:继硅基太阳能电池之后,又迅速崛起了一个有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池(Perovskite solar cells,PSCs),目前它认证的最高光电转换效率(Photoelectric conversion eddiciency,PCE)已经达到25.5%,被认为是最具有应用前景的新型太阳能电池,其中,顶电极是钙钛矿太阳能电池的重要组成部分。主要阐述了顶电极材料的研究进展,综述了金属电极和碳电极的界面调控和改性处理,提出了金属电极和碳电极材料的优势与挑战,并对顶电极在低制造成本和长期稳定性的应用方向进行了展望。