新能源材料

英国研究发现高效能太阳能电池新材料

英国剑桥大学科学家最新研究发现了一组非常有前景的混合铅卤化物钙钛矿材料，他们可以循环光粒子。这一新发现开启了最大化太阳能电池效率之门，将导致用得起的新一代高效能太阳能电池变为现实。

混合铅卤化物钙钛矿是一种特殊的合成材料，对太阳能领域的发展具有革命性的影响，科学家们已经开展了大量的研究，一旦能够便宜又简单地制造这种材料，几年之内，钙钛矿太阳能电池将会与目前太阳能板硅片的能源效率几乎一样。关于钙钛矿能够优化循环太阳光的研究仅仅是一个开始，太阳能电池通过吸收太阳光子后充电，这一过程反过来也是可行的，因为当电荷重组时，他们又能产生光子，这一研究表明钙钛矿太阳能电池具有再吸收这些再生的光子的额外能力，即光子循环过程。利用循环光子的能力就能够相对容易地使电池突破太阳能电池板的能源效率极限。

利用这些材料不仅可以研發太阳能电池，还可以开展LED的研发。这项研究主要是由剑桥大学与牛津大学、荷兰物质基础研究所共同合作完成的。（科技部网站）

科学家研制“尿转水”设备 生产肥料和饮用水

来自比利时根特大学的科学家发明出一台能够利用太阳能将尿液变成饮用水和肥料的机器，该技术可用于农村地区和发展中国家。

根特大学的这一系统利用特殊薄膜，既节能高效，又可在电网覆盖不到的地区使用。

科学家塞巴斯蒂安·德瑞斯表示，仅依靠太阳能和简单的加工，就可把尿液转换成肥料和饮用水。他说，整个团队的目标是将更大型的设备应用到运动场地或机场，以及肥料和可靠饮用水不足的发展中国家的农村地区。研究人员将尿液收集到大型储水槽中，利用太阳能进行加热，之后液体流过特殊薄膜时，会把钾、氮、磷等成分分离出来，并还原出水。近日，在为期10天的根特音乐戏剧节上，研究团队获得了参加音乐节的民众贡献的尿液。而这些尿液将转化成1 000L水，并用于制造最受欢迎的比利时特产——啤酒。（中国日报）

我国在南海发现新可燃冰分布区“海马冷泉”

经过近4个月的艰苦努力，我国科学家日前已经查明了“海马冷泉”的分布范围、地形地貌、生物群落、自生碳酸盐岩及流体活动特征等，取得了海洋地质调查的丰硕成果。近日，国土资源部中国地质调查局在广州发布了“海马冷泉”的最新成果。中国地质调查局副局长李金发说，“海马冷泉”是我国首次在南海北部西陆海域发现的、规模空前的活动性冷泉，相关科研考察成果不仅为进一步的海洋开发研究打下了坚实基础，还实现了天然气水合物资源勘查的突破，同时对气候环境、冷泉生命起源科学研究具有重大意义。

据介绍，“海马冷泉”位于珠江口盆地西部海域，总体呈东西向条带状展布，水深1 350～1 430m，已探查发现有冷泉活动的区域约350km2。该“冷泉”是由中国地质调查局带头自主研发的4 500m级非载人遥控潜水器“海马”号于2015年3月发现的，故名“海马冷泉”。

调查显示，“海马冷泉”有浅表层富含天然气水合物、自生碳酸盐岩大量出露和生物群广泛发育3大特点。其中，在“海马冷泉”区海底浅表层获取大量的天然气水合物样品，是继南海北部陆坡神狐海域和珠江口盆地东部海域之后，在新海域找矿的重大突破。这进一步证实了我国管辖海域天然气水合物分布广泛，资源潜力巨大。中国地质调查局天然气水合物工程技术中心当天也在广州海洋地质调查局正式揭牌成立。据该中心主任叶建良介绍，中国将于2017年实现南海天然气水合物试采，该中心的建立旨在加速和保障水合物试采工作顺利进行，集中攻克天然气水合物勘探及开采开发的国际性核心命题。（新华网）

新型电池纤维素隔离膜问世

为防止电池漏电短路，通常要在电池两极间涂一层多孔薄膜进行隔离。最近，韩国蔚山国立科技学院研究人员设计了一种纤维素纳米垫（c-mat）隔离膜，在一层较厚的大孔聚合物上加了一层薄薄的多孔纤维素，有效解决了传统电极隔离膜难以兼顾防漏电与离子高效传输的矛盾。

研究人员最近发表于《纳米快报》的论文称，他们开发的新型c-mat隔离膜上层是较薄的功能化纳米纤维，下层是较厚的聚合物。通过微调两层的厚度，在防漏电和支持离子快速传输间实现了精微的平衡：纤维素层微小的纳米孔能预防电极间电流泄露；聚合物层较大的孔道作为离子“高速路”支持电荷迅速传输。它还有一个重要优势，在60℃高温下，使用c-mat膜的电池经100次循环后仍保留80%的电量，而同样温度下用传统聚合物隔离层的电池只剩5%的电量。研究人员解释说，商业电池内锂盐和水会发生副反应，生成锰离子等有害副产品，导致高温下电量大大损耗。c-mat膜上的纳米孔纤维素能与锰离子螯合，阻止它们参与反应，而大孔聚合物层也能捕获产生锰离子的酸性反应物，所以，一开始锰离子就较少。论文合著者、该校能源与化学学院教授李杉阳说，他们的研究证明了活性纤维素c-mat隔离层能减少锰离子的副作用，改善电池在高温下的循环性能，效果超过目前最先进的传统隔离膜技术。下一步，他们打算改造隔离层，使其能用于钠离子电池、锂-硫电池和金属离子电池等下一代充电电池中。李杉阳预测，用c-mat做隔离膜的下一代高性能电池高温稳定性好，不仅可用在电动车电池、电网储电系统中，也有望用在海水淡化和重金属离子监测等方面。（科技日报）

科学家研制出1μm厚超薄太阳能电池

韩国科学家研制出灵活到足以环绕普通铅笔的超薄太阳能电池。这种柔韧的太阳能电池可为像健身追踪器和智能眼镜一样的可穿戴电子设备供电。近日，研究人员在美国物理联合会下属《应用物理快报》上报告了这一成果。

“我们的太阳能电池厚度在1μm左右。”光州科学技术院工程师Jongho Lee介绍说。1μm比一根普通的人类头发丝还要薄很多。和最新成果相比，标准的太阳能电池通常会厚上数百倍。即便是大多数其他的超薄太阳能电池也要比这厚2～4倍。

研究人员利用砷化镓半导体制成了这种超薄太阳能电池。他们没有利用会增加材料厚度的黏合剂，而是将电池直接印制在一种柔性衬底上。随后，通过在170℃下加压并熔化一种名为光刻胶且充当了临时黏合剂的物质最表层，电池被冷焊到衬底电极上。之后，光刻胶被剥离掉，留下金属和金属的直接黏合体。金属底层还充当了反射物，将杂散光子反射回太阳能电池。研究人员测试了这种电池将太阳光转化成电能的效率，发现其可与类似的较厚太阳能电池媲美。他们还开展了弯曲测试，发现这些电池能绕着半径小至1.4mm的物体弯曲。

与此同时，该团队对电池进行了数值分析。研究表明，它们经受的应力值仅为3.5μm厚，类似电池的1/4。“较薄的电池在弯曲时更加坚固，但表现相仿，甚至要稍好一些。”Lee表示。（中国科学）

新型薄膜制成的“半永动机”问世

日本理化研究所宣布，该所相田卓三教授联合东京大学的同行日前开发出以环境中湿度波动为能源的半永久性驱动薄膜传动器。为实现社会可持续性发展，科学家们正在大力开发太阳光、风力、地热等替代化石能源的自然能源转换和储存技术。但对移动设备和可穿戴设备来说，开发出不需插座充电且轻量小巧的动力源极为重要。为实现这种动力源，需要开发出使用者身边的能量收集技术。

研究小组发表在《自然·材料》网络版的报告称，他们开发的薄膜传动器能感知微小湿度变化并半永久性工作。这种薄膜能够根据水分吸收量的变化伸缩，感应湿度变化。此次开发的薄膜能利用很小的湿度变化做出大且高速的伸缩运动，能感知一般湿度计无法探测的微小湿度变化，从而将局部湿度变化高效转化为动能。这种薄膜甚至能将影响水分吸收的光和热等环境波动转化为能量。

虽然此前有报告开发出湿度应答材料，但其屈伸反应慢，且需要非常高的湿度条件，在通常环境下无法转化为动能。研究小组使用了不吸收水分的高分子材料薄膜，但在材料部分设计有吸水结构。在制作薄膜时，让高分子适当排列，实现了吸收极少水分即可做大尺度伸缩运动。研究小组将一部分薄膜镀金，用水滴周围发生的湿度波动作为驱动力，成功开发出单方向运动传动器。薄膜可高速应答环境变化，在强光照射时高速伸缩、跳跃。

该成果对能量收集技术、能量转化材料的设计具有重要意义。由于实现了薄膜运动能高效转化电能，具有实际利用价值。（科技日报）

我科学家率先合成高效储氢材料

从广东医科大学获悉，该校药学院教师刘建强博士研究的金属有机骨架材料在储氢材料领域取得突破，合成了新拓扑结构的储氢材料，氢气储存能力得到优化，大幅提升了材料储氢效率。相关成果近日发表在英国皇家化学学会著名期刊《材料化学杂志A》上。金属有机骨架材料（简称MOFs）是近年来发展迅猛的一种新型具有三维孔结构的高分子材料，是沸石和碳纳米管之外的新型多孔材料，在储氢和超高纯度分离开发中应用前景卓越。而氢能作为氢燃料电池在交通工具中大量应用时，金属有机骨架材料将起到重要作用，该材料主要应用在气体储存、催化、传感和药物释放等领域，具有纯度高、结晶度高、成本低、能够大批量生产、结构可控等优点。“MOFs材料就像房间一样，孔容积大小像房间面积大小，孔径大小就像我们进房间的门，门开得宽，气体进入越多，储氢量就越多，具有表面积和孔容积较大、孔径和拓扑结构可调、热稳定性良好等优点。我们研究利用最小的羧酸基元合成了目前世界上第一例具有拓扑网结构的GDMU-2-MOFs材料，揭示了构筑基元的功能化对材料微观结构和性能的调节作用，最终实现了对氢气储存能力的同步优化，储氢能力大大增加。”刘建强说。国际材料领域著名学者、美国加州大学教授M.O基夫评价说，金属有机骨架材料的合成研究大部分处于计算机虚拟模拟阶段，而刘建强能在实操过程中将其合成，十分罕见和难得。（科技日报）

南开大学金属空气电池研发获突破

金属空气电池因其原材料丰富、能量密度高、轻便、安全环保等优点，被称为21世纪最具开发前景的绿色能源之一。然而，氧还原催化剂价格高昂，制约了金属空气电池在电动汽车等领域广泛应用。日前，南开大学电子信息与光学工程学院王卫超教授、美国休斯敦大学姚彦教授联合研究团队，成功将锰基莫来石材料作为催化剂应用于镁空气电池，大幅降低了成本，可在中性电解液中稳定工作，其优越的催化活性极大提高了镁空气电池的效率。这也是莫来石材料首次在氧还原反应中得到应用。

金属空气电池是以金属为燃料，与空气中的氧气发生氧化还原反应产生电能的一种特殊燃料电池。它以空气中的氧作为正极活性物质，金属锌（或铝、镁）作为负极活性物质，空气中的氧气可源源不断地通过气体扩散电极到达电化学反应界面与金属反应而放出电能。“莫来石是一类陶瓷材料。之前几乎没有人想过用它来做金属空气电池的催化剂。”王卫超说，这一想法源于他4年前所做的一项处理柴油机尾气中氮氧化物的研究。他在实验中发现，在将一氧化氮转化为二氧化氮的過程中，锰基莫来石材料表现出优良的催化效果。该成果2012年发表于《科学》杂志。“第一，是成本大幅降低。第二，是它更加稳定，可以更多次重复反应，这就意味着电池寿命的延长。第三，这是莫来石材料首次在金属空气电池中的应用，为莫来石材料在电化学中的新应用开辟了新路。”姚彦教授说。（天津日报）

“可呼吸”的钠二氧化碳电池取得突破性进展

近日，南开大学化学学院教授陈军团队在利用二氧化碳（CO2）呼吸的可充室温钠-二氧化碳电池领域取得突破性进展，相关研究成果以“可充室温钠-二氧化碳电池”为题在《德国应用化学》上发表后，英国皇家化学会《化学世界》以“首次可充的有前途电池技术”为题作了报道。

“可呼吸”电池的初级版本是锂-氧气电池：它以金属锂作负极，正极为由碳、贵金属或过渡金属氧化物等构成的空气电极，放电时从空气中获取氧气，充电时再放出氧气，因此被称为“可呼吸”电池。锂-氧气电池的研究是当今新能源领域的热点和难点，国内外许多高校和研究机构都致力于此。陈军团队在之前锂-氧气电池研究的基础上，成功研发出钠-二氧化碳电池，不仅原料丰富、制备方便，同时，将二氧化碳变废为宝，实现了资源化利用。

陈军带领课题组在钠-二氧化碳电池的研究中，通过理论计算发现该电池体系具有高达1 100Wh/kg的理论比能量，并且比其他金属-二氧化碳电池更容易实现可逆充放电反应。由于其放电时吸收二氧化碳，充电时也释放出二氧化碳，因此被称为“可呼吸钠-二氧化碳电池”。该研究以钠金属片为负极，四甘醇二甲醚处理过的多壁碳纳米管为正极，构架了一个具有优异性能的钠-二氧化碳电池。室温下，该电池体系可以循环200次而无明显衰减，表现出很好的可逆充放电活性和稳定性。在4A/g的大电流密度下仍有4 000mAh/g的可逆比容量，说明此电池具有良好的高倍率放电性能，可实现快速充放电。

陈军介绍，金属-气体电池存在诸多科学技术难题。“但是，金属-二氧化碳电池具有高比能量、高功率密度等特点，电极活性物质廉价易得，特别是利用二氧化碳作为活性材料产生电能，意味着该电池系统有望在这种温室气体富集的地方提供稳定的能量源泉。”（光明日报）

青岛能源所菊芋生物转化技术取得重要进展

菊芋又名洋姜，属于非粮作物，其土壤适应性强，可以在干旱、盐碱等非耕边际土地种植。菊芋块茎富含菊糖，菊糖是植物的第二大储存多糖，仅次于淀粉。淀粉糖产业的发展已较为成熟，而菊糖的开发应用有待发展。以菊糖为糖质平台，结合现代生物技术，可开发生物能源、生物基材料、医药、食品等众多产品。 近期，青岛能源所微生物资源团队聚焦菊糖向能源产品燃料乙醇和功能食品“益生元”低聚果糖的转化，取得了显著进展。在前期研究中，该团队的科研人员建立了菊芋乙醇整合生物加工工艺（Consolidated bioprocess），即将菊糖酶产生、菊糖水解和乙醇发酵整合为一个过程，实现了直接发酵菊芋生产燃料乙醇，在40℃下酵母发酵200g/ L菊芋粉，产乙醇65.2g/L，乙醇得率为79.7%。该团队通过系统地改造酵母多糖代谢途径和酶分泌系统等，有效提高了菊芋的转化效率，发酵250g/L菊芋粉，产乙醇达到81.8g/L，产率达到3.13g/L/h，转化率达到92%。

低聚果糖产品主要以蔗糖为原料经酶法转化而来，这种工艺的理论转化率低于60%，生产高纯度低聚果糖需要经过纯化，增加成本。菊糖可通过菊糖内切酶催化产生低聚果糖，但是菊糖内切酶活力通常不高，目前没有廉价的商业化酶可供使用。上述科研团队通过在酿酒酵母中表达菊糖内切酶，并且消除菌种对菊糖组份的代谢能力，建立了一种通过酵母发酵生产高纯度低聚果糖的简单工艺。应用该工艺，在40℃下发酵200g/L菊糖，产生低聚果糖180g/L，并且产率高达7.5g/L/h。（中国科学院青岛能源所网站）

中国科学院化学所在燃料电池催化剂研究方面取得系列进展

氧还原反应是燃料电池中的重要反应，其反应动力学缓慢，需要贵金属作为催化剂，使燃料电池的成本居高不下，严重阻碍了燃料电池的商业化。发展高性能的非贵金属氧还原催化剂是燃料电池规模化使用的挑战之一。在科技部、中国科学院和国家自然科学基金委的支持下，中科院化学研究所分子纳米结构与纳米技术院重点实验室胡劲松研究团队近期在Fe-N-C类非贵金属氧还原催化剂的设计制备及其高活性机理研究方面取得了新的进展。

研究人员在前期关于燃料电池催化剂的研究基础上，开发了一种高活性FeN-C类催化剂。催化剂由多孔碳层包覆的碳纳米管组成，同时含有碳层包覆的Fe/Fe3C纳米粒子（Fe@C）。电化学测试表明该催化剂在碱性环境下表现出优于商业铂碳催化剂的氧还原性能。进一步的理论计算也表明当Fe-Nx活性位附近含有金属铁原子时，Fe-Nx活性位的最高占据轨道升高，与氧分子的p轨道的重叠更容易，有利于氧气的吸附行为，从而加速了氧还原。基于这些实验与理论计算结果可表明：高温热解产生的Fe@C粒子可以显著增强Fe-Nx活性位点的氧还原活性，因而使这类Fe-N-C催化剂表现出优异的氧还原性能。這一新的催化机制可以很好地解释以往报道中具有相似结构的氧还原催化剂的高活性来源，也为设计与优化Fe-N-C类催化剂提供了新的思路。（中国科学院网站）

新能源汽车蓝皮书发布

8月1日，中国汽车技术研究中心与社科文献出版社等机构共同发布了《新能源汽车蓝皮书：中国新能源汽车产业发展报告（2016）》（以下简称“蓝皮书”），指出在相关政策引导下，我国新能源汽车研发推广、技术水平等取得明显成效。截至去年底，全国新能源汽车产销累计49.7万辆，成为全球保有量最大的国家。预计到2020年，新能源车市场规模将增长近3倍，达到145万辆。蓝皮书指出，目前我国新能源汽车主要包括乘用车和商用车两大市场，乘用车包括私人家庭、单位和出租租赁等，商用车包括公共交通、市政环卫以及物流等。其中用于公共领域的比例为65%，用于私人领域的占比约1/3，主要来自上海、北京、深圳等汽车限购城市。（北京商报）