高性能柔性碲化铋/碳纳米管复合热电薄膜

<正>热电材料是可将热能与电能相互直接转换的绿色能源材料[1,2],其能量转换效率主要取决于材料与器件性能,不依赖于能量体系的大小,因而在微小热源的回收发电、局部"热点"的快速精确制冷等技术领域具有显著的优势,在环境温差原位发电、低品位分散式热源利用、电子器件/微系统芯片温控等领域具有重要的应用.在实际应用中,     

弱力能源开发及其自供能环境净化效应

地球生态系统存在广泛且低功率无序的分散能量,包括水流弱力、磁力扰动和生物活动等,尚未得到有效开发利用.常规化石能源通过集中发电再分散利用,是低熵能源的高熵利用,而回收转化利用广泛分散的环境弱力,可以将高熵能量直接高熵利用,是能源生产途径和利用方式的重要变革.环境弱力能源按介质可分为固体振动、液体流动和气体扰动,以机械能为表观形式,可以通过材料转化为电能,并应用于地球生态系统的环境净化,具备能源开发和环境净化双重效应.新材料和新技术研发是弱力能源转化利用的基础,涵盖了微弱能量捕捉、高效力电转换、电能原位利用3个过程,其中压电和摩擦催化发展迅速,具有巨大的应用和发展前景.压电催化材料中,钛酸钡、氧化锌、锆钛酸盐和聚偏氟乙烯复合薄膜等在机械搅拌或振动作用下发生压电催化反应,实现污染物降解、杀菌和清洁等功能.摩擦催化材料中,氧化锌、硫化铬、钴酸镍等半导体和聚四氟乙烯等高分子材料可发生摩擦催化反应,实现环境净化等功能.弱力能源未来发展中,需要将压电和摩擦电催化过程中的电压与电荷量进一步提升,厘定电场、电荷交换界面和反应物共同作用下的电荷交换行为,实现反应环境与催化材料匹配度提升.在“双碳”目标下...     

热电材料的基本原理、关键问题及研究进展

热电材料是一种利用固体中载流子(电子和空穴)运动实现热能和电能直接相互转换的功能材料,在温差发电和便携式制冷等领域得到重要应用。目前,如何协调优化载流子和声子的输运性能,从而提高热电材料能量转换效率,使其在利用余热发电方面发挥更大应用价值是材料学家研究的主要目标。简要介绍了热电效应的基本原理,总结了热电材料发展中的诸多关键科学问题,从结构设计(原子结构、纳米结构以及微米结构)方面综述了近年来的主要研究成果,并强调了温差发电技术对解决当前环境污染和能源危机的重要意义。     

复合型电磁-摩擦纳米发电机

复合型电磁-摩擦纳米发电机主要是利用电磁发电机和摩擦纳米发电机从同一种机械运动中转换机械能为电能.与单独的电磁发电机或摩擦纳米发电机相比,复合型纳米发电机具有更大的输出功率,更高的机-电转换效率,可以解决一些具有更大功率的电子器件的供电问题.复合型电磁-摩擦纳米发电机的最新研究成果表明,该发电机在自驱动传感器、可穿戴设备的供电和物联网等方面具有重要的应用前景.本文系统阐述了近期摩擦纳米发电机与电磁发电机复合型能源体系的相关工作.     

温差电技术的研究进展

温差发电是利用热电转换材料将热能转化为电能的全静态直接发电方式, 具有设备结构紧凑、性能可靠、运行时无噪声、无磨损、无泄漏、移动灵活等优点, 有微小温差存在的情况下即可产生电势, 在军事、航天、医学、微电子领域具有重要的作用. 近几年随着能源与环境问题的日益突出和燃料电池的实用困难, 温差电作为适应范围广和符合环保的绿色能源技术吸引了越来越多的关注. 介绍了温差电技术的机理, 综述了最新研究进展和提高发电效率的途径, 并提出利用废热进行温差发电和开发温差电传感器是我国当前应该优先发展的研究方向.     

低晶格热导率热电材料

热电材料能够实现热能和电能之间的直接相互转换，被视为具有广泛应用前景的清洁能源材料。热电材料的规模化应用主要受制于其较低的能量转换效率，因此提高材料的热电性能仍然是当前研究的重心。优化电输运性能和降低晶格热导率是提升热电性能的两条主要途径。相较于强关联的电导率和塞贝克系数，晶格热导率相对可以独立调控，因此如何获得低晶格热导率成为热电材料研究的热点。文章综述了利用晶体缺陷包括点缺陷、线缺陷、面缺陷、填隙原子等降低晶格热导率的方法及其声子散射机制，并对低维、低声速、低比热等热电材料的研究进展及其具有本征低晶格热导率的机制进行了介绍。     

低晶格热导率热电材料

热电材料能够实现热能和电能之间的直接相互转换,被视为具有广泛应用前景的清洁能源材料。热电材料的规模化应用主要受制于其较低的能量转换效率,因此提高材料的热电性能仍然是当前研究的重心。优化电输运性能和降低晶格热导率是提升热电性能的两条主要途径。相较于强关联的电导率和塞贝克系数,晶格热导率相对可以独立调控,因此如何获得低晶格热导率成为热电材料研究的热点。文章综述了利用晶体缺陷包括点缺陷、线缺陷、面缺陷、填隙原子等降低晶格热导率的方法及其声子散射机制,并对低维、低声速、低比热等热电材料的研究进展及其具有本征低晶格热导率的机制进行了介绍。     

来自于水和石墨烯间的能量

石墨烯材料在能量存储和能量转换方面显示出巨大的潜力,如电池、超级电容器、驱动器、产电器件等.其中,石墨烯基材料水力生电这一新能源的发现与开发成为近两年来的研究热点之一.本文总结了本课题组和国内外相关研究组在石墨烯组装和水力生电相关应用方面的重大进展,包括不同结构的石墨烯的组装和加工及其在水力生电、产能领域的应用,如湿气产电、水蒸发诱导产电、湿气响应驱动器等.本文旨在增强对水伏纳米器件的认识,希望对将来石墨烯基材料水力生电的研究有指导意义.     

矿物复合材料及其能量存储与能源催化应用

矿物复合材料是近些年来发展起来的材料科学分支学科,是与地质学领域的矿物岩石学融合创新的交叉领域.它既具有矿物所具备的特定功能和属性,又包含复合材料的鲜明特征,在生态环境、新能源、大健康等领域具有广阔应用前景,并符合“碳达峰、碳中和”的战略需求.随着人类对能源可持续性的探索,与能源相关的材料已然成为材料研究领域的热点,其中,具有来源丰富、低成本的矿物复合材料在能源和催化领域日益受到重视.欲实现矿物复合材料在能量存储和能源催化等领域的应用,仍待取得更多突破并亟待进一步研究与探讨.本文从矿物复合材料的概念和学科分支的形成出发,首先梳理了矿物复合材料的发展历程,初步定义了矿物复合材料的分类,归纳了常见矿物复合材料中矿物组分在能量存储和能源催化应用中的作用;介绍了矿物复合材料在能量存储领域的应用,包括压电自发电、超级电容器、二次电池等;总结了矿物复合材料在能源催化领域的应用,涵盖了以光催化/电催化析氢反应、热释电催化和压电催化为主的应用.最后,对矿物复合材料未来可能面临的科学问题和发展方向作出了展望.     

晶格素化有效提升SnSe晶体的热电性能

<正>热电材料是一种利用内部载流子输运实现热能和电能直接相互转换的功能材料^[1].其中,分别利用塞贝克效应和珀耳帖效应的温差发电和电子制冷是热电材料的两个主要应用.近年来,随着科学技术的进步和人民生活水平的逐渐提高,人们对制冷的需求量也在逐年增加.热电制冷技术具有无污染、灵活性、可靠性和轻量化等优势,     

向海洋要能源

每年夏天,当我们在海边游玩的时候,我们是否意识到海洋是一个巨大的能源宝库呢?几十年来,各国政府加大了对开发海洋的投入.一望无际的汪洋大海,不仅为人类提供航运、水产和丰富的矿藏,而且还蕴藏着巨大的能量. 5种主要的海洋能源 由于海洋能源是一种可再生的绿色能源,所以海洋科学家、能源学家和环保专家都对开发海洋能源有强烈的兴趣.海洋能通常包括潮汐能、波浪能、海洋温差能、海洋盐差能和海流能等.根据联合国教科文组织的统计数据,这5种海洋能的总功率为766亿千瓦,相当于25万个秦山核电站的发电功率.更广义的海洋能源还包括海洋上空的风能、海洋表面的太阳能以及海洋生物质能等.     

面向碳中和的高温熔盐电化学技术

高温熔盐电化学反应具有反应动力学快、选择性好的优点,可用于能源存储与转换、金属材料的提取和纯化、二氧化碳的捕集和转化利用、退役金属材料的循环利用等领域,利用清洁电能驱动的高温熔盐电解技术可实现从源头、过程和末端全流程降碳减排.本文简要回顾了近20年来武汉大学在高温熔盐电化学方向的主要研究工作,包括熔盐电解固态化合物冶金(低碳提取)、熔盐捕集-电解转化CO₂(碳捕集与转化)、熔盐电化学制备功能材料(材料低碳制备)、熔盐电解回收能源金属材料(低碳绿色循环)和高温电解器关键材料(析氧阳极),形成了固态化合物还原反应动力学“三相界线”理论,丰富了高温惰性合金析氧阳极选材数据库,揭示了阳极氧化膜稳定服役机制,发明了熔盐电化学阳极氧化冶金新方法,提出了“熔盐电解质酸碱性-电极反应调控”新策略,并为新能源产业可持续发展所需的“前端原材料清洁提取”和“末端退役能源材料回收利用”提供新方法和新技术.以此为线索,评述了面向碳中和的高温熔盐电化学所面临的机遇与挑战,讨论了高温熔盐电解基础理论和应用技术的发展趋势,展望了清洁电能驱动的熔盐电解技术在实现碳达峰、碳中和目标中的潜在贡献.     

利用新能源自己发电

如果我们自己家里有一个小型的发电站,或许可以缓解停电带来的不便。更为重要的是,家用电站往往利用绿色能源来发电,经济而且环保。利用太阳能发电这项技术将多块太阳能电池板连接后,利用太阳光照条件产生电流,通过充电控制器和逆变控制器,将电能储存到蓄电池上,晚间可供电灯照明和家用电器使用。     

未来的空间发电站

太阳每小时释放的能量可供人类使用几万年,其中辐射到地球的能量级为1.8亿千瓦,相当于燃烧9000万吨煤的热量。如何利用这种诱人的能源?世界各国科学家普遍认为,最佳的方案是建立空间太阳能发电站。未来的空间发电站,实际上是利用太阳能发电的人造卫星。在卫星表面覆盖有太阳能电池板,先把太阳能转换成电能,然后由高频功率管电能发生器把直流电转换成微波电能,再由卫星上的发射天     

用气球收集太阳能

太阳能是地球上随处都可以得到的一种绿色能源,因此许多国家的科学家都在发展用太阳能发电的方法.现在制约太阳能利用的主要因素之一是成本问题,太阳能电池板造价过高、发电效率低下是难以突破的瓶颈.为此,以色列科学家开发出一种可以升到几百米高空的太阳能气球,这种装置造价低廉,而发电效率更高.     

商场中“人力能源”的利用

商场中每天进出的人很多,门被开关的次数自然很多,若与门轴同轴设置一个发条装置,每开一次门都旋紧一次发条,利用发条的能量,通过机械装置带动发电机发电,可满足商场内的照明用电.也可以在商场的地面上放置压电材料,使进入商场的每个人都能使压电材料产生电能,并让这些电能进入"集电器",存储起来加以利用。另外,商场内的噪声很大,几乎从不间断,形成永久性声源。把这些声能集中起来,通过某种方法,用它去压缩空气,由于空气被压缩后放热,又可作为冬季商场内的暖风。把压缩的空气再减压又可以吸热,以作夏季的冷风。用这种方法可以调节商场内的温度。     

二维催化材料在电解水中的研究进展

氢能是一种高热值、无污染的洁净能源.电解水制氢被认为是一种有效利用可再生能源,如风能、太阳能等,实现能量储存和转换的前沿科技.二维材料独特的结构和电子特性使其在催化电解水反应中具有广阔的应用前景.本文系统综述了二维材料在催化电解水反应中的两个半反应——阴极析氢反应(HER)和阳极析氧反应(OER)中的关键科学问题和最新进展,并展望了该领域所面临的挑战和机遇.     

垃圾发电──未来能源的新主角

开发城市垃圾能源,利用城市垃圾发电,化害为利,变废为宝,不仅减少了垃圾对环境的污染,还为解决当今能源匿乏问题开创了新路,是解决日益增多的城市环境污染和日渐短缺的常规能源的一种最佳选择。专家们断言,垃圾发电在ZI世纪将成为能源市场的一名新主角。城南垃圾是一种新能源、随着人们环保意识的增强,绿色运动的兴起及全球能源短缺向人类亮出"黄牌"警告,城市垃圾的科学处理与合理利用,成为目前科技界高度重视的研究课题。世界各国科学家在寻求处理城市垃圾和开发利用各种新能源的途径中,发现被废弃的城市垃圾也是一种很有利用…     

“鸟巢”的检票站

2007年，风力发电、太阳能光伏发电、再生水热泵冷热源系统、垃圾填埋场沼气发电等一批开创性新能源项目建成，69项能源新技术在奥运场馆应用，绿色能源为奥运能源保障和城市发展注入了新的活力，在提高资源利用效率、减少能源消费对环境的影响等方面发挥了重要作用。     

钙钛矿太阳能电池中的卤素扩散平衡

<正>能源是人类赖以生存的物质基础,是社会发展不可或缺的基本条件.太阳能作为一种“取之不尽、用之不竭”的可再生清洁能源,实现其应用发展可推动对化石能源的有序替代,缓解人类在化石能源枯竭和环境污染方面所面临的严峻问题.太阳能电池利用半导体界面的光生伏特效应将光能直接转变为电能,是太阳能利用领域中一种理想的转换途径.目前,太阳能电池技术已经历了三代的革新,主要包括晶硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、有机太阳能电池、染料敏化太阳能电池、铅卤钙钛矿太阳能电池等.