钙钛矿太阳能电池国际战略规划及发展态势分析

本文全面调研了美国、欧盟、日本及我国在钙钛矿太阳能电池领域的战略规划和项目部署情况,并基于权威机构认证数据,总结了钙钛矿太阳能电池研究最新进展,比较了各国技术实力。研究发现,各国都重视钙钛矿太阳能电池这一新兴技术,积极部署基础研究并推动其实用化和产业化;钙钛矿太阳能电池研究单元效率已突破23%,稳定性和大规模制备技术不断提高;我国在基础研究方面已经后来居上,创造了研究单元效率纪录,但在大规模印刷制备技术方面与美、欧、日等国家或地区还有一定差距。基于此,本文对我国发展钙钛矿太阳能电池以及钙钛矿材料提出了三点建议。     

合成生物学和生物工程的机遇与风险

<正>不管是从短期还是长期来看,各种合成生物学和生物工程技术带来的既是无限的机会也是巨大的挑战。2017年11月21日,剑桥大学存在风险研究中心(the Centre for the Study of Existential Risk at the University of Cambridge)在e Life杂志上发表的一篇报告,汇总了合成生物学行业从业者、创新者、研究者以及英美两国国家安全界众多人士关于该领域主要新兴问题的观点,并为各行业决策者总结和预测了未来五到十年合成生物学领域最重要的研究热点以及可能涉及的问题,具体包括:     

能源互联网重要基础支撑:分布式储能技术的探索与实践

可再生能源分布式发电的能量波动性以及用户驱动的能量需求的时空随机性,导致能源互联网中能量流本身具有先天的不确定性与无秩序性,因此,分布式储能技术由于可以有效消除能量流的不确定性,并使能量的时空转移和能量流的有序流动成为可能,成为能源互联网重要基础支撑.分布式电池储能作为一种重要的储能方式,电池单体本身非线性特性与电池成组或成网后单体间的差异性,使得电池储能系统"管理好"成为真正"使用好"的基础.但是,电池成组或成网后将构成复杂巨系统,这对"管理好"带来巨大的挑战.因此,本文基于作者多年理论与技术的成果积累,总结了一套适用于分布式储能的大规模电池网络优化管理的理论与方法,包括:单体和电池组或电池网络的建模与状态参数精确估算;基于模糊测度的电池网络特征提取及快速计算;基于自适应动态规划的电池网络优化管理.随后,本文将基于能源互联网思想的分布式储能架构及其管理优化方法与技术引入数据中心,并给出了其在数据中心中实际应用原型系统介绍.本文工作可以为能源互联网的重要基础支撑—分布式储能技术—的研究与应用提供方法指导与技术支撑.     

数据驱动储能电池新材料的筛选和设计

数据驱动新材料产业发展是第四研究范式促进材料创新,加快材料应用的多学科多领域交叉融合的技术热点.机器学习(machine learning, ML)作为一种重要的数据驱动方法,其结合第一性原理计算在材料科学、化学、物理学和计算机等跨学科领域展现出巨大的优势,为储能电池新材料的快速发展带来了新的机遇.为帮助研究人员了解这一新兴领域,本文系统地详述了高通量计算筛选和ML在储能电池材料研究中的最新进展,概括和总结了目前国内外应用较为广泛的在线材料数据库,举例介绍了新数据库的多层次构建,分析了目前数据采集方面的一些难点.论文进一步介绍了ML方法在高通量计算筛选、材料性质预测、材料结构与电化学性能构效关系研究和材料设计方面的应用实例,最后分析讨论了当前ML在储能电池领域面临的一些挑战,并展望了该领域的前沿研究.     

用于新能源汽车的锂离子动力电池研究进展

随着国内外新能源汽车产业的快速发展,作为核心部件的锂离子电池行业正在成为新的风口。本文列举了在锂电行业具有技术竞争优势的美国、日本、韩国、中国等国在锂离子动力电池方面的战略规划,分析了各国在技术路线上的差异。随后对锂电行业的发展趋势进行预测。研究发现,锂离子电池重点关注能量密度、成本、寿命;高镍多元材料将成为未来车用动力电池的主流正极材料体系;新体系固态锂离子电池将成为锂电行业新的研究方向。最后,从电池关键技术、市场发展、后续回收利用等三方面对我国锂电行业日后发展提出了几点建议。     

ZnTe/ZnTe:Cu复合背接触层对CdTe太阳电池器件性能的影响

将真空共蒸发技术沉积的ZnTe/ZnTe:Cu复合薄膜应用于CdS/CdTe太阳电池, 作为碲化镉与金属背电极间的过渡层. 比较了有无ZnTe复合背接触层的两种CdTe电池的光、暗电流-电压(I-V)曲线和电容-电压(C-V)特性, 并研究了本征ZnTe薄膜厚度和背接触层的退火温度对电池性能的影响. 结果表明, 有复合背接触层的CdTe光伏器件, 能够消除暗I-V曲线饱和与光、暗I-V曲线交叉现象, 且填充因子在没有高阻透明薄膜的情况下达到了73%. 结合CdTe电池的能带图讨论了其中的原因.     

欧盟发布下一代互联网计划研讨会报告

<正>欧盟从2016年11月至2017年1月就下一代互联网计划(NGI)举行了开放研讨会,并于2017年3月6日发布了研讨会成果报告,总结了449位参与者对未来互联网各技术领域的观点。个人数据空间在物联网与大数据创新带来的利益和阻止个人数据滥用之间,需要进行权衡。系统应在保障公民可控制自身数据的同时,不限制其对创新服务的访问。     

环境条件对晶硅电池温场分布及输出特性的影响

基于有限差分法分析了电池与环境之间热交换过程不同时,环境温度对电池内部温场分布及输出参数的影响.研究表明:在真空环境下,电池温度将恒定在300 K,电池与真空环境间主要的换热方式为热辐射;在理想散热条件下,电池温度与环境温度基本相同,电池与环境间热交换方式为热传导,电池的V_(oc),FF和η随温度增加线性减小;在静止空气层包围的条件下,电池温度与环境温度之间存在较大差异,电池前后表面出现温差,电池与环境之间的热交换方式为热传导,电池的V_(oc),FF和η值随温度增加呈非线性减小的趋势.     

科学在社会可持续发展中的作用

全球巨变给人类带来了巨大的挑战.预计到2025年,全球总人口将从现在的60亿增至85亿.全世界对能源的需求将日益增长.亚洲与拉丁美洲新兴工业化国家的经济飞速发展,但同时也给世界更大地区带来空气污染、水质污染与废弃物处理等一系列现代社会的环境问题.     

硼氢化钠作为能量载体的新型能量转换技术(英文)

硼氢化钠作为能量载体的新型能量转换技术,它由直接硼氢化钠燃料电池、硼氯化钠水解制氢和硼氢化钠再生技术构成。通过总结了近年来在直接硼氢化钠燃料电池、硼氢化钠水解制氢和硼氢化钠再生技术上的进展,发现硼氢化钠作为能量载体的新型能量转换技术的雏形已日渐形成,本文总结和讨论了该项技术的优点和面临的挑战。     

医学领域颠覆性技术发展现状、问题及展望

近年来，人工智能、基因编辑、生物3D打印、诱导多能干细胞、合成生物学等新兴技术备受关注，并逐步运用至临床医学领域，给许多疾病的诊治带来了新方法。这些技术因其独特的优势正在取代或者已经取代传统医疗技术，对现有诊疗理念具有颠覆性的意义。医学领域颠覆性技术的发展，不仅改变了现有的诊疗方式，还改变了现代医学的思维方式。现代医学正逐步向多技术、多学科交叉融合方向发展，并不断孕育新的颠覆性技术。然而，在这些新兴技术进步的同时也产生了很多的问题。本文综述了现代医学中几个代表性颠覆性技术的发展现状，同时对伴生的安全问题进行了浅析及展望。     

基于Bagging神经网络集成的燃料电池性能预测方法

利用三维质子交换膜燃料电池数学模型模拟研究了电池流道进、出口高度对电池性能的影响,然后将数值模拟结果作为神经网络模型的训练数据.以流道进、出口高度和电池电压值作为输入变量,以电池电流密度作为输出变量,建立了3层反向传播神经网络模型;然后利用Bagging集成学习方法对神经网络模型进行集成,构建了燃料电池性能预测方法.研究发现:与单一神经网络模型相比, Bagging神经网络集成模型预测精度更高,且所需模型训练数据量更少.此外对于超出训练数据以外的情形, Bagging神经网络集成模型仍然能够准确地预测燃料电池的性能,且精度良好,表明Bagging神经网络集成模型的鲁棒性较好,可用于更宽工况范围内燃料电池性能的快速预测.     

晶体硅太阳电池SiNx/Al 背反射性能研究

随着硅片的不断减薄, 晶体硅太阳电池背反射性能变得越来越重要. 本文首先采用PC1D 软件进行理论模拟, 研究背反射率对电池的电学和光学性能影响. 模拟表明, 电池的短路电流、开路电压和内、外量子效率均随着背反射率增大而变大. 当电池背反射率从60%增加到100%时, 电池短路电流提高了 0.128 A, 最大输出功率提高了 0.066 W, 开路电压提高0.007 V; 1100 nm 波长下, 内量子效率提高39.9%, 外量子效率提高17.4%, 电池效率提高了0.4%. 然后, 通过丝网印刷技术制备了SiN_x/Al 背反射器, 实验结果表明, 在长波波段SiN_x/Al 背反射器具有良好的背反射性能, 在1100 nm以上的长波波段含有SiN_x/Al 背反射器结构的电池比普通Al 背场电池对同波长光的背反射率高出15%, 因而具有更高的电池效率.     

混凝土中钢筋腐蚀早期过程宏观腐蚀电池与微观腐蚀电池相互作用

建立一种阵列电极技术,通过测量不同时空的微电极腐蚀电位、电偶电流及其动态变化,研究了在腐蚀介质作用下,混凝土中钢筋腐蚀发生、发展早期过程阳极区和阴极区分布特征,探讨了钢筋腐蚀过程宏观腐蚀电池与微观腐蚀电池的相互作用机制.结果表明,伴随着点腐蚀的发生、发展过程,在钢筋/混凝土界面宏观腐蚀电池的作用明显,宏观腐蚀电池电流分布与腐蚀电位有密切的对应关系.混凝土中钢筋腐蚀过程总是存在着宏观腐蚀电池和微观腐蚀电池,二者密切相关、相互作用,对钢筋局部腐蚀的发生、发展过程有重要影响.     

层叠式锂离子电池展向温度分布的分析解及基于分析解的热设计优化

大型锂离子动力电池的热相关问题是限制其在电动汽车上大规模应用的主要问题之一.单体电池的热模型是进行电池热设计、改善电池热特性的重要工具.根据热模型的求解方法,可分为数值解和分析解两类.在现有文献的研究中,数值解占据了主要地位.但是,分析解因具有计算量小、可实现设计变量的全局优化等优点,在电池热设计和电池组热管理系统中可发挥重要作用.例如,在电池热设计中,分析解可全面考察多个设计参数连续变化下对电池热特性的影响,以进行多设计参数下的全局优化.本文首先对一款大型层叠式锂离子电池进行了数值热模拟和实验验证,数值热模拟的结果与多枚热电偶的实验测量结果吻合良好;然后,基于数值热模拟的结果提取了层叠式电池温度分布和产热率分布的主要特点,进而假设温度呈展向平面分布、产热率均匀分布;针对简化后的电池热问题,利用双重积分变换方法提出了分析解;最后,使用分析解开展了电池的热设计优化工作,讨论了不同电芯尺寸和极耳布置方案下的电池热特性.     

基于二维材料的压电光电子学器件

二维(2D)材料由于原子级超薄、可调带隙和优异的光电性质,在柔性光电子学领域有着巨大的潜力.利用应变诱导的压电势或压电极化电荷可以调控二维材料界面载流子的传输和光电过程,这种将压电、半导体特性、光激发三者耦合产生的压电光电子学效应推动了新型二维材料光电器件的开发,特别是压电光电子学增强的光电探测、光电化学、气体传感和太阳能电池等方向.本文简要综述了近年来二维材料在压电光电子学领域取得的研究进展,并对这一新兴领域未来的挑战和科学突破进行了展望.     

特斯拉纯电动汽车核心和非核心技术演化研究

在构建特斯拉纯电动汽车核心和非核心技术演化研究框架的基础上,以美国专利数据库USPTO的特斯拉公司技术专利及其引用专利为数据源,构建特斯拉专利引文分析数据集,依据技术轨道识别原理,利用Pajek软件提取最大凝聚子群以及小的重要凝聚子群,识别特斯拉纯电动汽车核心和非核心技术领域,进行各技术领域主路径分析。研究发现,特斯拉纯电动汽车的核心技术领域是电池热管理系统,非核心技术领域有5个:电机技术、智能控制技术、电池过充电保护技术、电池泄压技术和乘客保护、车辆悬挂以及高效电池组等技术。本文对这些领域技术的历史脉络和未来趋势进行分析,其结果可为我国纯电动汽车产业及相关汽车企业把握纯电动汽车技术重点、选择研发方向、进行技术合作、提高研发效率提供决策参考。     

Science China Technological Sciences 2023年66卷第3期中文摘要

<正>应用于移动无人系统中电力系统的光伏、温差、电磁发电技术丁宁,王向阳,冼晓扬,蔡烨芸,刘道明,邓方无人系统广泛应用于各个领域,成为日常生活中不可或缺的技术.电力系统是无人系统的命脉,影响无人系统的工作时间和任务复杂度.然而传统的电力系统,如电池和燃料,具有固定的容量.一旦电力耗尽并且无法及时补充时,无人系统将停止工作.因此,越来越多的研究人员开始关注可再生能源发电技术.可再生能源发电技术的原理与优缺点各不相同,在不同无人系统中的应用效果也参差不齐.     

生物科技领域国际发展趋势与启示建议

近年来,生物技术进展日新月异,突破性成果不断,展现出巨大的发展潜力。合成生物技术、基因编辑技术等前沿新兴技术的应用范围不断扩展,新型测序技术为生物资源挖掘利用提供了支撑,多学科交叉为人类解决问题提供了新思路。本文在梳理各国重大战略规划和政策措施,综述生物科技领域研究与发展趋势的基础上,针对我国发展生物经济、促进科技强国建设、加强新兴技术监管等方面提出了相关建议。     

短程高效回收废锂离子电池中铜金属的技术及机理研究

信息通讯技术和电动汽车产业的快速发展产生了大量的废锂离子电池,其资源化回收成为资源可持续利用及环境保护的重要手段.但传统的回收过程工艺繁琐,资源化效率较低阻碍了产业的良性发展.为了缩短废锂离子电池的资源化工艺,选择离子液体作为加热介质,通过熔化黏结剂,分离铜箔和负极材料实现对废锂离子电池中铜金属的回收.回收过程发生急剧的热对流和热传导过程,利用搅拌机快速运转强化了热对流的过程和机械力分离正极材料,基于传热理论傅里叶定律建立了热传递过程数学模型.通过详细实验研究发现,当加热温度180℃、搅拌速度350 r/min、停留时间30 min,可以实现铜金属的短程高效回收.本技术的研发大大促进了铜铝金属的高效回收,打通了废锂离子电池的闭环供应链.