适用于氢气低温制备与高效存储的催化新体系

氢气是一种具有极高能量密度的二次清洁能源,被认为最有可能替代现有的煤炭和石油等化石燃料作为未来人类社会赖以生存和发展的能源基础.以清洁、高效、无污染的氢循环代替目前对环境有严重威胁且日益枯竭的碳循环.在可预见的未来,全球主要国家将会加大氢能开发和利用的投入.尤其是伴随着我国能源体系的升级和新能源产业的快速发展,氢气作为高效的能量载体势必会成为未来清洁能源发展的主要方向之一.氢能应用循环主要包括3个环节,即(1)氢燃料的制备;(2)氢燃料的存储和输运;(3)氢燃料化学能到电能或其他形式能量的高效转变.结合国家能源战略及基础研究的需求,本研究团队近期在氢气的低温制备和存储方面取得了一定的研究成果.尤其是以α-MoC作为强相互作用载体制备的Au和Pt纳米催化剂,分别在低温水汽变换反应和液相甲醇水重整产氢反应方面取得了较为突出的研究成果.该研究成果为氢燃料的低温原位制备,氢燃料安全、高效的存储运输及大规模工业制氢过程的优化提供了新的思路.本文结合该领域近年来的国内外研究进展和本实验室的研究成果,简单介绍适用于工业化制氢过程的低温水汽变换过程和液相储氢新体系,并对未来该领域的发展提出一定的展望.     

核聚变将最终成为未来的能源吗?

由于地球上的聚变燃料储量丰富,人们寄希望于可控核聚变能够最终成为人类未来能源的终极供应者,但经过几十年的发展,人类仍未完全掌控可控核聚变技术.本文介绍了核聚变基础知识及可控核聚变技术的发展现状,力图对这一技术有更加清楚和全面的了解.     

氢能技术科技前沿与挑战

<正>氢能可再生、零排放且能量密度高,其开发和利用已成为新一轮世界能源技术革命的重要方向,也是实现“碳达峰、碳中和”战略目标的重要路径之一.基于燃料电池技术,氢能未来将成为支撑可再生能源如太阳能、风能大规模利用的理想能源互联网媒介.美国、日本、德国、韩国等于21世纪初已将氢能产业提升至国家能源战略的高度,制定氢能发展政策,明确氢能产业地位,持续支持氢能技术研发,积极推动试点示范和多领域应用.我国在《能源技术革命创新行动计划(2016-2030年)》中明确将“氢能与燃料电池技术”列为15项重点创新任务之一.     

新世纪能源——氢

国际氢能源协会于9月11日举行了首次讨论氢气能源前景的世界首脑会——"2000氢气论坛".论坛不但吸引了环保人士,也吸引了如壳牌等大石油公司和如宝马等汽车大制造商。面对石油愈来愈少,愈来愈贵的未来,人们把眼光纷纷投向环保燃料——氢.氢气是取用不尽的。更重要的是,氢的"废弃物"是水蒸气,不会再有导致全球变暖的二氧化碳和一氧化碳烟雾及其他汽油污染物。国际氢能源协会主席贝兹罗格卢说:"氢气将是下一阶段的能源,这是合逻辑的,因为它清洁且效率十分高。"氢能源的关键是一种叫"氢电池"的新科技,利用氢氧结合成水时的化学反应来产生电力。汽车可使用液化或压缩氢气,氢气贮于燃料缸中,输入车底的电池、与氧气结合产生电力推动引擎。宝马车厂计划在2020年前、氢汽车要占其生产线的20%;许多其他大的汽车制造商如福特、通用、丰田和佳士拿等,也都有类似的研究开发计划。氢能     

面向聚变堆的托卡马克稳态先进运行模式的发展

人类文明和经济的持续快速发展有赖于新能源的发现和广泛应用。清洁、高效、几乎无尽的核聚变能源可以成为当前化石能源的有效替代,能够成为人类的终极能源。名为托卡马克(Tokamak)的磁约束装置是当前人类用于研究核聚变产生能源的主要方式之一。为了提高其运行的安全性和经济性,科学家们设计了多种能够使聚变等离子体长时间稳态运行的先进运行模式。这类运行模式的长足发展依赖于高温等离子体物理和核聚变相关技术等领域的研究进展,尤其是对于自举电流和外部驱动电流的研究。托卡马克稳态先进运行模式将成为未来国际热核聚变实验堆(International Thermonuclear Experimental Reactor,ITER)和中国聚变工程实验堆(China Fusion Engineering Test Reactor,CFETR)主要的运行模式。     

"无油"汽车彰显魅力

"新能源汽车的发展方向有多种,但其中之一的氢燃料电池技术不成熟、成本昂贵,是20年之后的技术".2007年1月,汽车和动力电池专家Menahem An-derman博士在美国参议院能源与资源委员会作证时下此结论.再说,中国也没有氢燃料电池反应所必需的铂.     

纳米碳管与氢能

世界人口快速增长、化石能源渐趋匮乏、环境污染日益严重是人类在21世纪亟待解决的三大难题.氢能是一种洁净的可再生能源,氢燃料电池汽车将是解决城市大气污染的最重要途径之一.因此各国科学家均在致力于研究高储量的储氢材料与系统,最有潜力者被认为是纳米炭材料的吸附储氢.高纯度单壁纳米碳管的合成是应用的基础和关键,我们采用氢等离子电弧方法,大量制备出高纯度的单壁纳米碳管,并全面开展储氢研究.初步结果表明单壁纳米碳管是一种很有前途的储氢材料,可能在氢能源的应用特别是氢燃料电池电动汽车的应用中占据重要地位,促进人类经济与社会实现可持续发展.     

孕育中的俄罗斯爆燃式聚变反应堆

1954年,世界上第一颗实用型氢弹在美国比基尼岛试验成功,从那时起,受控核聚变就成了各国核物理学家研究的共同课题,因为核聚变能将是人类未来唯一清洁、有效、且又取之不尽的能源。核聚变反应燃料是氢的同位素氘、氚及惰性气体~3He(氦-3)。氘在地球上蕴藏极其丰富,据测,每1升海水中含     

油汽时代的终结——充电式混合动力车渐成新潮流

未来的汽车只需"插头" 大千世界,变化最快者莫过于未来.几年前,大家的共识是,如果内燃机被清洁能源所代替,那么一定会是燃料电池:氢和氧以一种可控的方式聚合产生电力.而作为氢经济的先锋,氢气最终将替代化石燃料和电力等几乎所有能源.     

“无油”汽车彰显魅力

“新能源汽车的发展方向有多种，但其中之一的氢燃料电池技术不成熟、成本昂贵，是20年之后的技术”。2007年1月，汽车和动力电池专家Menahem Anderman博士在美国参议院能源与资源委员会作证时下此结论。再说，中国也没有氢燃料电池反应所必需的铂。     

氢动力汽车未来汽车的发展方向

氢动力汽车,以其氢资源在地球上最为丰厚,排放污染为零而成为实力最强的一批世界大汽车厂商极力攻占的技术至高点。近年来,关键部件氢燃料电池技术取得巨大突破。     

氢动力飞机载客起飞指日可待

正减轻燃料箱的重量,推动燃料电池技术不断进步,是氢燃料在航空业变得有竞争力的关键。随着各国为实现"净零碳经济"而努力,商业航空将成为最难脱碳的行业之一。持该论点的人士认为,化石燃料的能源密度优势实在难以战胜,与其硬碰硬,不如继续在客机中使用石油,并利用某些负碳排放技术来抵消其排放,可能更有意义。     

新能源汽车电池膜材料服役性能与使用寿命研究进展

新能源汽车电池膜材料目前广泛应用于混合动力汽车、燃料电池汽车和纯电动汽车等新能源汽车,电池膜主要分燃料电池膜(发电装置)和动力蓄电池膜(充放电装置)两类.随着电池膜材料工艺和技术的迅猛发展,迫切需要研究膜材料的服役性能和使用寿命.本文介绍了近年来质子交换膜材料、锂电池隔膜材料和镍氢电池隔膜材料的研究进展,结合本实验室的研究工作,着重介绍了汽车电池膜材料的服役性能和使用寿命的影响因素及控制策略,讨论了新能源汽车电池膜材料的未来发展方向.     

用于提升金属-氮-碳催化剂氧还原活性的双金属自旋态调控策略

正因其高的电导率和独特的金属-配体相互作用,过渡金属-氮-碳(M-N-C)催化剂具有优异的氧气还原(ORR)催化性能,在燃料电池、金属空气电池等能源电催化领域展现出很大的应用潜力[1],被认为是替代商业Pt/C催化剂的极具潜力的新型催化剂.因此,如何构建高性能的M-N-C催化剂,使其性能接近或超越Pt/C催化剂,成为其替代贵金属催化剂的关键.这对于燃料电池和金属空气电池的产业化应用和可持续发展具有重要意义.     

面向工业废水处理的催化电极及燃料电池耦合体系

随着我国工业化水平的提高,工业废水的高效节能处理成为废水资源化与能源化进程中的重点和难点.工业废水中常含有难降解或有毒的有机污染物,水质复杂、可生化性差,采用传统废水处理技术(生物法、物化法等)难以实现高效处理和达标排放,残留毒物排入水体带来环境生态风险.电化学技术借助电场作用产生强氧化性物质,氧化去除难降解有机污染物,但去除效率较低、能耗及运行成本较高,限制了其在实际废水处理中的应用.高活性催化电极在结构、形貌、组成的优化进展,为构建以难降解污染物为燃料的新型燃料电池及废水处理体系提供了新的可能.本文围绕催化电极及燃料电池废水处理体系,综述了新型电极材料的制备、优化,探讨了基底、活性成分及其负载方式对催化电极和体系性能的影响;归纳了基于光催化燃料电池和微生物燃料电池的污染物催化降解及实际或模拟废水处理体系的研究进展,并对该类耦合体系的规模化应用作了展望.新型催化电极的开发和耦合燃料电池体系的优化设计,有望推动该技术在高效、节能实际(工业)废水处理中的应用.     

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.     

在1T'-二硫化钼上生长单原子分散的铂实现高效电催化产氢

<正>随着全球环境和能源危机的不断加剧,开发能够取代传统化石燃料的高效、清洁、可再生的新型能源成为21世纪人类社会的重要发展方向.氢气是一种绿色清洁的新型能源载体,氢能的发展是构建清洁低碳的新型能源体系和实现能源安全与可持续发展的重要途径,有助于国家实现碳达峰、碳中和的目标.电解水包括阴极析氢和阳极析氧两个半反应,     

车载储氢技术的发展与挑战*

研发高效、安全、低成本的车载储氢系统对发展氢燃料电池汽车至关重要,也面临诸多挑战。美国能源部关于车载储氢系统的技术指标不是针对某种特定的储氢方式,而是参照当今使用汽油的轿车性能指标提出的。经过近十年的努力,基于气态、液态和固态的三种车载储氢方式的燃料电池汽车均有许多成功的示范案例。但由于存在不同程度的缺陷与不足,三种储氢方式中尚无一种能同时满足各项指标。高压气态储氢的体积密度偏低,提高压力又会带来安全隐患;液态储氢有自挥发和高成本的问题;基于储氢材料为工作介质的固态储氢尚需研发高性能的轻质储氢材料。笔者评述了国内外在车载储氢技术方面所取得的新成果与新进展。     

超级电容器电极材料研究新进展

随着社会经济的发展,人们对绿色能源和生态环境越来越关注.超级电容器作为一种新型储能器件,日益受到重视.与目前广泛使用的各种储能器件相比,超级电容器电荷存储能力远高于物理电容器,充放电速度和效率又优于一次或二次电池.此外,超级电容器还具有对环境无污染、循环寿命长、使用温度范围宽、安全性高等特点.超级电容器与氢动力汽车、混合动力汽车和电动汽车的发展密切相关,与燃料电池、锂离子电池等能量供给器件相结合,能够满足启动、爬坡等条件下的瞬时高功率需求.     

神光装置

神光装置是一台输出功率高达10~(12)瓦的激光装置,也是目前世界上为数不多的大型激光装置之一。它主要用于激光核聚变新能源的基础研究、X光激光的基础研究以及高温高压和高密度等离子体行为等的研究。建造这台装置的元件、材料以及技术绝大部分是立足于国内的,带动起来的先进技术有10多项,其中有一些是独创的。一燃料,是产生热和动力的源泉。常见的燃料有木柴、煤、煤气、石油等。本世纪60年代,人们开始使用一种新燃料——核燃料,它是铀的同位素铀235。现在人们又在探讨另外一种核燃料——氢的同位素氘