能源與環(huán)保

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能源與環(huán)保

日本開發(fā)出無(wú)需加壓即可使用的全固體鋰離子電池

日本日立造船株式會(huì)社開發(fā)出了使用硫化物固體電解質(zhì)的全固體鋰離子二次電池，可廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車、醫(yī)療、航天、海洋工程等領(lǐng)域。

目前，主流的鋰離子二次電池采用有機(jī)液體電解質(zhì)，在耐久性及安全性方面存在問(wèn)題。而此前的全固體鋰離子二次電池為了保持固體電解質(zhì)材料顆粒間的離子傳導(dǎo)性，必須在機(jī)械加壓狀態(tài)下進(jìn)行充放電。日立造船開發(fā)的新型電池憑借自主研發(fā)的薄層成膜技術(shù)和加壓成型技術(shù)，提高了材料顆粒間的離子傳導(dǎo)性，實(shí)現(xiàn)了無(wú)需機(jī)械加壓的電池充放電。該電池的主體部分呈厚度約0.3mm的扁平形狀，電解質(zhì)為固體，不具備流動(dòng)性，因此，電池可實(shí)現(xiàn)多層化、小型化。室溫充放電循環(huán)試驗(yàn)結(jié)果顯示，其100次充放電的容量保持率達(dá)到98%，400次充放電的容量保持率達(dá)到96%。在普通使用情況下，其可在約7年內(nèi)確保90%以上的容量保持率，使用溫度范圍為-40℃～100℃。目前，日立造船已試制出了100mm×100mm×0.3mm（不含外裝）大小的薄膜電池，正在進(jìn)行評(píng)測(cè)。該電池還被日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)（JAXA）列為“革新性蓄電池技術(shù)實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目”，并參與了將私營(yíng)企業(yè)技術(shù)應(yīng)用于航空、航天領(lǐng)域的活動(dòng)。

(日經(jīng))

中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所、復(fù)旦大學(xué)的研究人員創(chuàng)造性地直接采用煤氣化產(chǎn)生的合成氣，高選擇性地一步反應(yīng)獲得了低碳烯烴，摒棄了高水耗和高能耗的水煤氣變換制氫過(guò)程，獲得了煤化工領(lǐng)域里程碑式的重大突破。

中科院鋅溴液流電池電極材料研究獲突破

中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所的研究人員在鋅溴液流電池電極材料研究方面取得新進(jìn)展。研究人員開發(fā)出了高度有序的介孔碳正極材料，用其組裝的單電池能量效率超過(guò)80%，突破了低功率密度的制約瓶頸，有助于我國(guó)儲(chǔ)能電池產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

鋅溴液流電池具有理論能量密度高、電解液成本低等優(yōu)點(diǎn)，在風(fēng)電、光伏電站等大規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景。為提高Br2/ Br-電堆的反應(yīng)速率，進(jìn)一步提高鋅溴液流電池的功率密度，研究人員通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，開發(fā)出了這種高度有序的介孔碳正極材料，并將其應(yīng)用于鋅溴液流電池。該電極材料為Br2/Br-電堆的反應(yīng)提供了更多的活性位點(diǎn)，提高了其反應(yīng)動(dòng)力學(xué)速率。同時(shí)，其高度有序的孔結(jié)構(gòu)可有效減小溴的擴(kuò)散阻力。用其組裝的單電池在80mA/cm2的電流密度下運(yùn)行，能量效率超過(guò)80%，突破了低功率密度的制約瓶頸，為高功率密度、低成本的鋅溴液流電池開發(fā)打下了良好的基礎(chǔ)。

(大化物)

我國(guó)煤化工研究獲里程碑式突破煤制烯烴將告別高耗水

與傳統(tǒng)的費(fèi)托反應(yīng)過(guò)程不同，研究人員以部分還原的復(fù)合氧化物作為催化劑，CO分子在催化劑氧缺陷位上吸附并解離，氣相氫分子選擇性地與解離生成的C原子反應(yīng)生成亞甲基自由基，而催化劑表面CO解離生成的氧原子傾向于與另一個(gè)CO反應(yīng)，形成CO2。亞甲基自由基不在催化劑表面停留或發(fā)生表面聚合反應(yīng)，而是迅速進(jìn)入分子篩孔道，在孔道限域環(huán)境中進(jìn)行擇形偶聯(lián)反應(yīng)，定向生成低碳烯烴。該過(guò)程以CO替代H2來(lái)消除烴類形成過(guò)程中多余的氧原子，在不改變CO2總排放的情況下，摒棄了水煤氣變換反應(yīng)，開創(chuàng)了一條低耗水進(jìn)行煤轉(zhuǎn)化的途徑。同時(shí)，該過(guò)程將氧化物催化劑與分子篩復(fù)合，實(shí)現(xiàn)了CO活化和中間體偶聯(lián)等兩種催化活性中心的有效分離，把費(fèi)托反應(yīng)過(guò)程中隨機(jī)生長(zhǎng)的自由基控制在分子篩里，使其變成低碳烯烴，破解了傳統(tǒng)催化反應(yīng)中活性與選擇性此長(zhǎng)彼消的難題，為高效催化劑和催化反應(yīng)過(guò)程的設(shè)計(jì)提供了思路。

目前，該項(xiàng)研究成果已申報(bào)我國(guó)發(fā)明專利和國(guó)際PCT專利，對(duì)國(guó)家能源安全和資源環(huán)境保護(hù)具有重要意義。

(W.XH)

美國(guó)設(shè)計(jì)出可折疊、模塊化風(fēng)機(jī)葉片

由美國(guó)弗吉尼亞大學(xué)、伊利諾斯大學(xué)、科羅拉多大學(xué)、科羅拉多礦業(yè)大學(xué)、國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室和桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究人員組成的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)出了一種可折疊、模塊化的風(fēng)機(jī)葉片，可應(yīng)用于海上大型發(fā)電風(fēng)機(jī)輪組。該設(shè)計(jì)被稱為“分段超輕變形風(fēng)輪”，其按照下風(fēng)向進(jìn)行安裝，在惡劣天氣條件下可以折疊起來(lái)，能夠在實(shí)現(xiàn)最大葉片長(zhǎng)度的同時(shí)實(shí)現(xiàn)輕量化，其分段設(shè)計(jì)可使葉片在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組裝。當(dāng)折疊式葉片達(dá)到最大長(zhǎng)度時(shí)，在海風(fēng)的吹動(dòng)下，其峰值功率可達(dá)50MW。此外，該設(shè)計(jì)擁有應(yīng)對(duì)惡劣天氣的能力，在遭受大風(fēng)時(shí)能夠順風(fēng)變形彎曲，在颶風(fēng)中能夠完全收起，將受影響程度降至最低。目前，研究團(tuán)隊(duì)已獲得了美國(guó)先進(jìn)能源研究計(jì)劃局（ARPA-E）的資助，并將進(jìn)一步推動(dòng)該設(shè)計(jì)的商業(yè)化應(yīng)用。

(W.CB)

新型無(wú)線電力傳輸系統(tǒng)可隔空高效充電

俄羅斯圣彼得堡大學(xué)的研究人員推出了一種新的無(wú)線電力傳輸（WPT）系統(tǒng)，可在距離20cm內(nèi)保持80%的電力傳輸效率，且其傳輸效率隨著距離增加衰減極小，可用于需要隔空進(jìn)行無(wú)線充電的領(lǐng)域。

據(jù)了解，該WPT系統(tǒng)基于共振耦合原理，在同一頻率的線圈共振條件下，一個(gè)共振銅線圈可以轉(zhuǎn)移能量到另一個(gè)二次諧振的銅線圈。由于磁場(chǎng)對(duì)包括人體在內(nèi)的大多數(shù)其它對(duì)象耦合作用較弱，故WPT系統(tǒng)使用磁場(chǎng)耦合，以減少意外相互作用。研究人員通過(guò)兩種方法減少了電力傳輸中的功率損耗，從而提高了該WPT系統(tǒng)的效率：首先，用“高介電常數(shù)且低損耗介質(zhì)諧振器”取代傳統(tǒng)的銅圈；其次，與通常使用的磁偶極子模式不同，研究人員采用了磁四極模式，減少了輻射損耗。

未來(lái)，研究人員將進(jìn)一步提高WPT系統(tǒng)的效率，并減小諧振器的體積，以推進(jìn)實(shí)際應(yīng)用。(KX.0206)

中核集團(tuán)首次實(shí)現(xiàn)3D打印核燃料元件制造

2016年1月9日，利用3D打印技術(shù)制造的CAP1400自主化燃料原型組件下管座在中核北方核燃料元件有限公司打印完成，標(biāo)志著國(guó)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)了3D打印技術(shù)在核燃料元件制造領(lǐng)域的應(yīng)用。該技術(shù)如果實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，將有利于節(jié)約人力，提高核燃料元件的質(zhì)量，并有望實(shí)現(xiàn)部分進(jìn)口元件的國(guó)產(chǎn)化。

中核北方核燃料元件有限公司基于“智能制造”理念，提出了將3D打印技術(shù)應(yīng)用于核燃料元件制造的課題，并實(shí)現(xiàn)了核燃料元件制造與3D打印的“聯(lián)姻”，為3D打印在核燃料元件制造業(yè)的廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。該公司使用的3D打印設(shè)備為SLM-S300激光成型設(shè)備，在鋪粉精密成形方面具有很大的優(yōu)勢(shì)，在對(duì)設(shè)備成形質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)后，還將進(jìn)行星形架、格架及測(cè)高儀零部件等復(fù)雜零件的3D打印。

(中核)

受傳統(tǒng)鈉離子電池的啟發(fā)，美國(guó)伊利諾伊大學(xué)的研究人員研制出了類似電池的海水淡化裝置，能夠以最小的能量實(shí)現(xiàn)約80%的淡化率，未來(lái)或可實(shí)現(xiàn)質(zhì)高價(jià)廉的海水淡化新技術(shù)。

美國(guó)研發(fā)高效海水淡化裝置效率可達(dá)80%

研究人員基于鈉離子電池原理開發(fā)的裝置僅用少量電即可把鹽離子從海水中分離出來(lái)。鈉離子電池中正極和負(fù)極兩個(gè)腔室中有一個(gè)隔板，離子可以從中流過(guò)。當(dāng)電池放電時(shí)，鈉離子和氯離子被吸引到一個(gè)腔室中，淡化的水則留在另一個(gè)腔室中。研究人員在兩個(gè)電極之間加入了一層膜，可阻止鹽離子進(jìn)入淡化水的一邊，保持其淡化狀態(tài)。模擬研究顯示，若不考慮其它污染物，該裝置淡化海水的效率可達(dá)到80%。此外，與反滲透法相比，該裝置可大可小，可在不同地方應(yīng)用，水流速度較易調(diào)整，且水泵所需通過(guò)的壓力要小得多，消耗的能量更少。

(KJ.0215)

我國(guó)核電自主化實(shí)現(xiàn)重大技術(shù)突破

由中國(guó)廣核電力股份有限公司自主研發(fā)設(shè)計(jì)的4組STEP-12核燃料組件和4組CZ鋯合金樣品管組件正式裝入嶺澳核電站二期1號(hào)機(jī)組，隨反應(yīng)堆進(jìn)行輻照考驗(yàn)。這標(biāo)志著中廣核電力公司已全面掌握核燃料組件的研究、設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)技術(shù)，表明我國(guó)核電企業(yè)在核電自主化領(lǐng)域取得重大技術(shù)突破，對(duì)未來(lái)提高我國(guó)核電機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性、支撐我國(guó)核電“走出去”等方面具有重大意義。

據(jù)介紹，STEP-12核燃料組件和CZ鋯合金研制項(xiàng)目是中國(guó)廣核集團(tuán)有限公司“十二五”期間的重大戰(zhàn)略專項(xiàng)科研項(xiàng)目，也是國(guó)家核

能開發(fā)項(xiàng)目的重要組成部分。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，STEP-12核燃料組件和CZ鋯合金充分借鑒了中廣核電力公司現(xiàn)有的核燃料組件運(yùn)行和制造經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)開展單項(xiàng)技術(shù)攻關(guān)，實(shí)現(xiàn)了在設(shè)計(jì)、驗(yàn)證、加工制造、材料等多個(gè)環(huán)節(jié)的重大突破，并獲得了優(yōu)良的堆外試驗(yàn)性能。STEP-12核燃料組件和CZ鋯合金不僅可用于我國(guó)現(xiàn)役的二代改進(jìn)型CPR1000核電機(jī)組，也可用于我國(guó)自主研發(fā)設(shè)計(jì)的“華龍一號(hào)”第三代核電堆型。 (GM.0218)

中科院液流電池非氟多孔離子傳導(dǎo)膜研究獲進(jìn)展

中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所的研究人員在液流電池非氟多孔離子傳導(dǎo)膜研究方面取得系列進(jìn)展。研究人員通過(guò)研究證實(shí)：構(gòu)建交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以有效提高膜的選擇性和穩(wěn)定性，同時(shí)，將交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)引入到非氟多孔離子傳導(dǎo)膜孔結(jié)構(gòu)中，可大幅提高非氟多孔離子傳導(dǎo)膜在液流電池運(yùn)行環(huán)境下的選擇性和穩(wěn)定性，所開發(fā)的膜材料在液流電池環(huán)境下連續(xù)運(yùn)行超過(guò)6000個(gè)循環(huán)，性能仍可保持穩(wěn)定。

研究人員突破了傳統(tǒng)的“離子交換傳遞”機(jī)理的束縛，原創(chuàng)性地提出了“不含離子交換基團(tuán)”的“離子篩分傳導(dǎo)”概念，將多孔離子傳導(dǎo)隔膜引入到液流電池中，并在此基礎(chǔ)上圍繞高性能多孔離子傳導(dǎo)膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，開展了大量研究工作。為了解決非氟多孔離子傳導(dǎo)膜選擇性與導(dǎo)電性的矛盾，進(jìn)一步提高非氟多孔離子傳導(dǎo)膜的性能，研究人員通過(guò)組分和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，成功開發(fā)出了高選擇性、高導(dǎo)電性、低成本的非氟多孔離子傳導(dǎo)膜；采用所開發(fā)膜材料組裝的單電池在80mA/cm2充放電條件下，能量效率超過(guò)90%，而且，經(jīng)過(guò)10000余次充放電循環(huán)考察，電池性能無(wú)明顯衰減，表現(xiàn)出了優(yōu)異的穩(wěn)定性。

該項(xiàng)研究工作對(duì)全釩液流電池的發(fā)展具有長(zhǎng)遠(yuǎn)的意義。

(W.KY)

日本理化學(xué)研究所的研究人員利用重離子加速器，成功提取出了放射性廢棄物的主要成分銫-137和鍶-90的不穩(wěn)定核射束，在世界上首次獲得了核散裂反應(yīng)的相關(guān)數(shù)據(jù)。

日本找到放射性廢棄物處理新方法

目前，處理核電站所產(chǎn)生的放射性廢棄物是世界性難題。為了解決放射性廢棄物問(wèn)題，需把長(zhǎng)壽的放射性核素有效轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定核素或短壽核素，開發(fā)出減弱放射能的方法，而取得核反應(yīng)數(shù)據(jù)是開發(fā)這一方法的基礎(chǔ)。日本理化學(xué)研究所的研究人員發(fā)現(xiàn)，銫-137（半衰期30.1年）和鍶-90（半衰期28.8年）的熱中子捕獲反應(yīng)很難進(jìn)行核轉(zhuǎn)換。他們利用重離子加速器以銫-137和鍶-90射束照射質(zhì)子和氚核標(biāo)靶的逆反應(yīng)法取得了相關(guān)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，銫-137和鍶-90射束照射質(zhì)子和氚核引起散裂反應(yīng)的概率與熱中子捕獲反應(yīng)相比，銫-137約為4倍，鍶-90約為100倍。氚核與質(zhì)子相比，發(fā)生散裂反應(yīng)的概率約為2倍，亦有使射束核素變輕的能力。這意味著在散裂反應(yīng)法中不僅可使用質(zhì)子，也可使用氘核束。研究人員還發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)后的原子核為穩(wěn)定核或半衰期為1年以下的短壽命核的概率，銫-137為89%，鍶-90為96%。

該研究成果有望大幅降低高放射性核廢棄物的危害，使之變成有用的資源。

(科日)