能源与环保



能源与环保

日本开发出无需加压即可使用的全固体锂离子电池

日本日立造船株式会社开发出了使用硫化物固体电解质的全固体锂离子二次电池，可广泛应用于电动汽车、医疗、航天、海洋工程等领域。

目前，主流的锂离子二次电池采用有机液体电解质，在耐久性及安全性方面存在问题。而此前的全固体锂离子二次电池为了保持固体电解质材料颗粒间的离子传导性，必须在机械加压状态下进行充放电。日立造船开发的新型电池凭借自主研发的薄层成膜技术和加压成型技术，提高了材料颗粒间的离子传导性，实现了无需机械加压的电池充放电。该电池的主体部分呈厚度约0.3mm的扁平形状，电解质为固体，不具备流动性，因此，电池可实现多层化、小型化。室温充放电循环试验结果显示，其100次充放电的容量保持率达到98%，400次充放电的容量保持率达到96%。在普通使用情况下，其可在约7年内确保90%以上的容量保持率，使用温度范围为-40℃～100℃。目前，日立造船已试制出了100mm×100mm×0.3mm（不含外装）大小的薄膜电池，正在进行评测。该电池还被日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）列为“革新性蓄电池技术实现项目”，并参与了将私营企业技术应用于航空、航天领域的活动。

(日经)

中国科学院大连化学物理研究所、复旦大学的研究人员创造性地直接采用煤气化产生的合成气，高选择性地一步反应获得了低碳烯烃，摒弃了高水耗和高能耗的水煤气变换制氢过程，获得了煤化工领域里程碑式的重大突破。

中科院锌溴液流电池电极材料研究获突破

中国科学院大连化学物理研究所的研究人员在锌溴液流电池电极材料研究方面取得新进展。研究人员开发出了高度有序的介孔碳正极材料，用其组装的单电池能量效率超过80%，突破了低功率密度的制约瓶颈，有助于我国储能电池产业的健康发展。

锌溴液流电池具有理论能量密度高、电解液成本低等优点，在风电、光伏电站等大规模储能领域具有较好的应用前景。为提高Br2/ Br-电堆的反应速率，进一步提高锌溴液流电池的功率密度，研究人员通过结构设计，开发出了这种高度有序的介孔碳正极材料，并将其应用于锌溴液流电池。该电极材料为Br2/Br-电堆的反应提供了更多的活性位点，提高了其反应动力学速率。同时，其高度有序的孔结构可有效减小溴的扩散阻力。用其组装的单电池在80mA/cm2的电流密度下运行，能量效率超过80%，突破了低功率密度的制约瓶颈，为高功率密度、低成本的锌溴液流电池开发打下了良好的基础。

(大化物)

我国煤化工研究获里程碑式突破煤制烯烃将告别高耗水

与传统的费托反应过程不同，研究人员以部分还原的复合氧化物作为催化剂，CO分子在催化剂氧缺陷位上吸附并解离，气相氢分子选择性地与解离生成的C原子反应生成亚甲基自由基，而催化剂表面CO解离生成的氧原子倾向于与另一个CO反应，形成CO2。亚甲基自由基不在催化剂表面停留或发生表面聚合反应，而是迅速进入分子筛孔道，在孔道限域环境中进行择形偶联反应，定向生成低碳烯烃。该过程以CO替代H2来消除烃类形成过程中多余的氧原子，在不改变CO2总排放的情况下，摒弃了水煤气变换反应，开创了一条低耗水进行煤转化的途径。同时，该过程将氧化物催化剂与分子筛复合，实现了CO活化和中间体偶联等两种催化活性中心的有效分离，把费托反应过程中随机生长的自由基控制在分子筛里，使其变成低碳烯烃，破解了传统催化反应中活性与选择性此长彼消的难题，为高效催化剂和催化反应过程的设计提供了思路。

目前，该项研究成果已申报我国发明专利和国际PCT专利，对国家能源安全和资源环境保护具有重要意义。

(W.XH)

美国设计出可折叠、模块化风机叶片

由美国弗吉尼亚大学、伊利诺斯大学、科罗拉多大学、科罗拉多矿业大学、国家可再生能源实验室和桑迪亚国家实验室的研究人员组成的联合研究团队设计出了一种可折叠、模块化的风机叶片，可应用于海上大型发电风机轮组。该设计被称为“分段超轻变形风轮”，其按照下风向进行安装，在恶劣天气条件下可以折叠起来，能够在实现最大叶片长度的同时实现轻量化，其分段设计可使叶片在现场进行组装。当折叠式叶片达到最大长度时，在海风的吹动下，其峰值功率可达50MW。此外，该设计拥有应对恶劣天气的能力，在遭受大风时能够顺风变形弯曲，在飓风中能够完全收起，将受影响程度降至最低。目前，研究团队已获得了美国先进能源研究计划局（ARPA-E）的资助，并将进一步推动该设计的商业化应用。

(W.CB)

新型无线电力传输系统可隔空高效充电

俄罗斯圣彼得堡大学的研究人员推出了一种新的无线电力传输（WPT）系统，可在距离20cm内保持80%的电力传输效率，且其传输效率随着距离增加衰减极小，可用于需要隔空进行无线充电的领域。

据了解，该WPT系统基于共振耦合原理，在同一频率的线圈共振条件下，一个共振铜线圈可以转移能量到另一个二次谐振的铜线圈。由于磁场对包括人体在内的大多数其它对象耦合作用较弱，故WPT系统使用磁场耦合，以减少意外相互作用。研究人员通过两种方法减少了电力传输中的功率损耗，从而提高了该WPT系统的效率：首先，用“高介电常数且低损耗介质谐振器”取代传统的铜圈；其次，与通常使用的磁偶极子模式不同，研究人员采用了磁四极模式，减少了辐射损耗。

未来，研究人员将进一步提高WPT系统的效率，并减小谐振器的体积，以推进实际应用。(KX.0206)

中核集团首次实现3D打印核燃料元件制造

2016年1月9日，利用3D打印技术制造的CAP1400自主化燃料原型组件下管座在中核北方核燃料元件有限公司打印完成，标志着国内首次实现了3D打印技术在核燃料元件制造领域的应用。该技术如果实现批量生产，将有利于节约人力，提高核燃料元件的质量，并有望实现部分进口元件的国产化。

中核北方核燃料元件有限公司基于“智能制造”理念，提出了将3D打印技术应用于核燃料元件制造的课题，并实现了核燃料元件制造与3D打印的“联姻”，为3D打印在核燃料元件制造业的广泛应用奠定了基础。该公司使用的3D打印设备为SLM-S300激光成型设备，在铺粉精密成形方面具有很大的优势，在对设备成形质量进行检测后，还将进行星形架、格架及测高仪零部件等复杂零件的3D打印。

(中核)

受传统钠离子电池的启发，美国伊利诺伊大学的研究人员研制出了类似电池的海水淡化装置，能够以最小的能量实现约80%的淡化率，未来或可实现质高价廉的海水淡化新技术。

美国研发高效海水淡化装置效率可达80%

研究人员基于钠离子电池原理开发的装置仅用少量电即可把盐离子从海水中分离出来。钠离子电池中正极和负极两个腔室中有一个隔板，离子可以从中流过。当电池放电时，钠离子和氯离子被吸引到一个腔室中，淡化的水则留在另一个腔室中。研究人员在两个电极之间加入了一层膜，可阻止盐离子进入淡化水的一边，保持其淡化状态。模拟研究显示，若不考虑其它污染物，该装置淡化海水的效率可达到80%。此外，与反渗透法相比，该装置可大可小，可在不同地方应用，水流速度较易调整，且水泵所需通过的压力要小得多，消耗的能量更少。

(KJ.0215)

我国核电自主化实现重大技术突破

由中国广核电力股份有限公司自主研发设计的4组STEP-12核燃料组件和4组CZ锆合金样品管组件正式装入岭澳核电站二期1号机组，随反应堆进行辐照考验。这标志着中广核电力公司已全面掌握核燃料组件的研究、设计、制造、试验技术，表明我国核电企业在核电自主化领域取得重大技术突破，对未来提高我国核电机组的经济性、支撑我国核电“走出去”等方面具有重大意义。

据介绍，STEP-12核燃料组件和CZ锆合金研制项目是中国广核集团有限公司“十二五”期间的重大战略专项科研项目，也是国家核

能开发项目的重要组成部分。在设计过程中，STEP-12核燃料组件和CZ锆合金充分借鉴了中广核电力公司现有的核燃料组件运行和制造经验，通过开展单项技术攻关，实现了在设计、验证、加工制造、材料等多个环节的重大突破，并获得了优良的堆外试验性能。STEP-12核燃料组件和CZ锆合金不仅可用于我国现役的二代改进型CPR1000核电机组，也可用于我国自主研发设计的“华龙一号”第三代核电堆型。 (GM.0218)

中科院液流电池非氟多孔离子传导膜研究获进展

中国科学院大连化学物理研究所的研究人员在液流电池非氟多孔离子传导膜研究方面取得系列进展。研究人员通过研究证实：构建交联网络结构可以有效提高膜的选择性和稳定性，同时，将交联网络结构引入到非氟多孔离子传导膜孔结构中，可大幅提高非氟多孔离子传导膜在液流电池运行环境下的选择性和稳定性，所开发的膜材料在液流电池环境下连续运行超过6000个循环，性能仍可保持稳定。

研究人员突破了传统的“离子交换传递”机理的束缚，原创性地提出了“不含离子交换基团”的“离子筛分传导”概念，将多孔离子传导隔膜引入到液流电池中，并在此基础上围绕高性能多孔离子传导膜结构设计，开展了大量研究工作。为了解决非氟多孔离子传导膜选择性与导电性的矛盾，进一步提高非氟多孔离子传导膜的性能，研究人员通过组分和结构设计优化，成功开发出了高选择性、高导电性、低成本的非氟多孔离子传导膜；采用所开发膜材料组装的单电池在80mA/cm2充放电条件下，能量效率超过90%，而且，经过10000余次充放电循环考察，电池性能无明显衰减，表现出了优异的稳定性。

该项研究工作对全钒液流电池的发展具有长远的意义。

(W.KY)

日本理化学研究所的研究人员利用重离子加速器，成功提取出了放射性废弃物的主要成分铯-137和锶-90的不稳定核射束，在世界上首次获得了核散裂反应的相关数据。

日本找到放射性废弃物处理新方法

目前，处理核电站所产生的放射性废弃物是世界性难题。为了解决放射性废弃物问题，需把长寿的放射性核素有效转换为稳定核素或短寿核素，开发出减弱放射能的方法，而取得核反应数据是开发这一方法的基础。日本理化学研究所的研究人员发现，铯-137（半衰期30.1年）和锶-90（半衰期28.8年）的热中子捕获反应很难进行核转换。他们利用重离子加速器以铯-137和锶-90射束照射质子和氚核标靶的逆反应法取得了相关数据。实验结果显示，铯-137和锶-90射束照射质子和氚核引起散裂反应的概率与热中子捕获反应相比，铯-137约为4倍，锶-90约为100倍。氚核与质子相比，发生散裂反应的概率约为2倍，亦有使射束核素变轻的能力。这意味着在散裂反应法中不仅可使用质子，也可使用氘核束。研究人员还发现，反应后的原子核为稳定核或半衰期为1年以下的短寿命核的概率，铯-137为89%，锶-90为96%。

该研究成果有望大幅降低高放射性核废弃物的危害，使之变成有用的资源。

(科日)