摘要：锂离子电池作为最有前景的储能器件之一,已经在便携式电子设备上广泛应用。然而使用传统电极材料,电池的能量密度和功率密度不够高、耐久性差、成本高,限制了其在电动汽车等方面的大规模应用。纳米碳材料的发展为设计适合锂离子电池的新型储能材料提供了机会。纳米碳材料作为一种新型碳材料具有许多独特的性能,包括独特的形貌结构、高比表面积、低扩散距离、高电导率和离子导电性能、可控的合成和掺杂等优点。因此,纳米碳材料在高可逆容量、高功率密度、长循环稳定性和高安全性锂离子电池中具有较大的应用前景。然而,纳米碳材料普遍存在首次库仑效率低、电压滞后等缺点,且纳米碳材料的电化学性能取决于碳材料的形貌和微观结构。解决这一问题最常用的方法主要有:(1)通过对纳米碳材料的形貌和微结构调控来改善其电化学性能;(2) 通过异质原子掺杂改善纳米碳材料的电化学性能;(3) 将纳米碳与其他储锂材料复合形成复合电极材料。本文主要综述了富勒烯、石墨烯、碳纳米管和多孔碳等四种具有代表性的纳米碳材料在锂离子电池中的最新研究进展,系统归纳了纳米结构和形貌对电化学性能的影响,讨论了纳米碳的合成、电化学储锂性能和电极反应机理。本文还对纳米碳材料未来在锂离子电池应用中需要解决的关键问题进行了总结与展望。

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。

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。

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。

摘要：中国在实现碳中和愿景下，对二氧化碳（CO2）捕集、利用与封存技术（CCUS）有巨大需求，而CO2运输是CCUS产业链的重要环节之一，因此必将依托于长距离的 CO2管道及其配套基础设施建设。由于中国CO2管道建设起步晚、规模小，相关技术与配套政策相对滞后，亟需对未来公共基础设施的CO2管网进行系统规划并开展相关技术攻关。为此，在分析中国CO2碳源和封存空间分布特点的基础上，基于规模化商业发展时序规律，提出了三阶段管道发展路径，并从管输工艺、安全评价、材料与设备、完整性等方面分析了中国CO2管输技术的发展现状，提出了相应的对策和建议。研究结果表明：①随着全球CCUS产业发展提速，CO2管道运输作为CCUS重要环节和基础设施，其建设将增速；②中国CO2排放源和封存空间地理分布不均，东、中部地区碳排放量占总排放量的65.8%，CO2驱油和地质封存是实现大规模CO2管道输送的主要需求。结论认为：①中国CO2管道三阶段发展路径为碳达峰前布局建设百万吨级超临界输送CO2管道示范项目，碳达峰后以盆地为中心构建区域千万吨级CO2管道运输网络架构，碳中和前构建区域间的干线管道，形成输送规模达到10×108t级，总里程约6×104km的国家输碳管网；②应开展CO2陆地、海洋管道全相态输送技术与装备攻关研究，完善国内管道输送技术链并推动管输行业法规体系不断健全，助力示范工程的落地实施。

摘要：在积极应对全球气候变化、加快绿色低碳发展的大背景下，氢能作为能源载体和潜在燃料而备受关注，其与化石燃料不同，可以真正实现碳中和。围绕氢能输送与应用，分析氢能全产业链：制备、储存、输送、加注以及终端应用一系列工艺的研究现状，梳理氢能输送及应用涉及的关键技术问题，明确未来发展趋势并提出建议。分析表明：国内外针对氢能应用相关技术的研究已取得一定进展，但受限于技术成本及安全性等瓶颈因素，氢能暂未得到大规模应用。未来，应针对氢能产业链关键环节开展核心技术攻关，加速氢能产业发展，实现经济、安全、高效的氢能供给。

摘要：钠离子电池凭借钠资源丰富、分布广泛、价格低廉的优势在大规模储能领域具有重要的应用前景, 可与锂离子电池形成优势互补。负极材料是电池化学的关键组成, 其能量密度、使用寿命等直接影响着电池性能。合金化材料具有理论比容量高、工作电压适宜等优势, 被认为是一类有应用潜力的储钠负极。然而, 这类材料发生合金化反应时体积膨胀严重, 电极材料易粉化脱落, 造成电化学稳定性欠佳。目前, 主要通过材料微纳结构设计、界面化学调控、碳材料复合、表面包覆、电解液优化等方法来改善其电化学性能。本文综述了合金化负极材料的最新研究进展, 探讨了其发展面临的瓶颈以及解决方案, 介绍了基于合金化负极的钠离子全电池构筑策略和应用实例, 为高性能钠离子电池的发展提供一定参考依据。

摘要：钠离子电池具有资源丰富和成本低等优势, 在大规模储能领域受到广泛的关注。开发具有高比容量和长循环稳定性的电极材料是钠离子电池走向应用的关键. 碳材料作为钠离子电池的负极材料, 具有可调控性高与稳定性好等优势, 具有应用潜力。目前, 研究较为广泛的碳材料主要包括石墨、无定形碳、杂原子掺杂碳、生物质合成碳, 但这些碳负极材料存在着钠-石墨化合物热力学不稳定、较大的体积变化以及初始库伦效率低等问题,制约了钠离子电池的发展与广泛应用。通过对碳材料的结构进行修饰改性及将其与电解液进行匹配, 可以有效提升其储钠性能。本文对这几类碳材料的结构特点、电化学性能、储钠机理、面临的问题、改进方法以及商业化前景进行总结, 为钠离子电池碳负极材料的发展提供新见解。

摘要：石墨烯纳米筛材料是当前科技前沿中一种新型二维多孔材料，其平面多孔结构有利于电解质离子的纵向传输，缩短了离子传输路径, 有效避免了传统石墨烯材料普遍存在的问题，如π-π堆叠造成活性面积低、纵向传输性能差、离子传输路径长和电解液不易浸润等，在能量存储与转换领域中表现出比传统石墨烯基材料更为优异的性能。本文综述了近几年来各种结构可定制、结构/组分复杂性高、形态可控制、电化学性能增强的石墨烯纳米筛材料的合理设计和合成的研究进展，着重讨论了石墨烯纳米筛的结构设计对能源存储与转换方面的性能影响，期望为高性能能源存储与转换方面进一步的创新工作提供参考。

摘要：由于可充电锂金属电池(LMBs)具有较高理论能量密度，在便携式电子设备、电动汽车和智能电网等方面有重要应用。以固态电解质和锂金属负极组装的固态电池(ASSBs)具有高安全性，被认为是可提高电池能量密度和有效解决安全问题的一种有前景的电池技术。然而，LMBs在实际实施过程中仍面临许多挑战，如库仑效率低、循环性能差和界面反应复杂等。深入分析ASSBs 的物理基础和化学科学问题对电池开发具有重要意义。为了证实和补充实验研究机理，理论计算为探索电池材料及其界面的热力学和动力学行为提供了一种强有力的支撑，为设计综合性能更好的电池奠定了理论基础。本工作论述了理论计算方法在电池关键材料计算中的应用和研究意义；综述了硫化物固态电解质中Li10GeP2S12 (LGPS)及银硫锗矿体系的理论和结构设计思路，包括锂离子的输运机理和扩散路径。分析了新型反钙钛矿Li3OCl 和双反钙钛矿Li6OSI2电解质体系的理论设计思路。综述了氧化物固态电解质体系在缺陷调控下锂离子的输运机理。此外，本工作针对新型卤化物电解质体系的理论设计也进行了介绍。介绍了计算材料学在电池材料性能研究中的作用：借助理论手段分析离子传输机制、相稳定性、电压平台、化学和电化学稳定性、界面缓冲层和电极/电解质界面等关键问题；理解原子尺度下的充放电机制，并为电极材料和电解质提供合理的设计策略。总结了固态电解质和ASSBs电极与电解质间界面的理论计算的最新进展。最后，对ASSBs理论计算的不足、挑战和机遇进行了展望。要点：(1) 论述了固态电池材料的理论设计方法，包括电池的容量、离子电导率、相稳定性及电压平台。(2) 综述了几种常用的硫化物固态电解质体系的理论设计方法。(3) 利用理论计算构建界面模型，详细分析了电解质与电极间的界面工程问题。(4) 介绍了目前先进的组装固态电池技术以及制备薄膜电池的工艺流程。