氢燃料燃气轮机与大规模氢能发电

清洁可再生氢能源的利用被视为CO₂减排的一个重要途径，受到世界各国的高度重视。从电能到氢能再到电能的高效转换是氢能利用的核心技术之一。产业上大规模高效氢能到电能的转换技术需要100 MW以上的功率，而依靠目前的燃料电池技术难以满足。氢燃料燃气轮机可以实现大规模氢能到电能的转换，且转化效率会随着功率的提高而提高，将是一种重要的氢能发电技术。文章对氢燃料燃气轮机的性能特点、各国研究动态、机种类型和特点、输出功率和热效率、氨燃气轮机等进行了介绍，同时提出利用氢燃料燃气轮机实现从水到水循环的氢能利用系统的设想。     

氢气制备和储运的状况与发展

随着全球碳达峰和碳减排的推进,氢能作为一种重要的清洁可再生能源受到越来越多的关注,开发利用氢能已成为中国能源技术发展的重要战略方向.以往主要是大专院校、中国科学院等机构的科研人员从事氢能相关的研究,大多获得国家自然科学基金委员会、科技部等的基金支持.目前许多企业也参与进来,既有国企也有民企,这与以往有很大不同,对于氢能...     

氢气制备和储运的状况与发展

随着全球碳达峰和碳减排的推进,氢能作为一种重要的清洁可再生能源受到越来越多的关注,开发利用氢能已成为中国能源技术发展的重要战略方向.以往主要是大专院校、中国科学院等机构的科研人员从事氢能相关的研究,大多获得国家自然科学基金委员会、科技部等的基金支持.目前许多企业也参与进来,既有国企也有民企,这与以往有很大不同,对于氢能产业的发展有巨大的推动作用.氢能发展不仅需要技术成熟,同时还要满足成本、市场和安全等多方面的要求.氢能产业包含制氢、氢分离、储运、应用等多个环节.通过近几年的努力,这些环节已经有了很大的变化,有的领域发展快,有的领域仍面临很多困难.为此,本文对氢能产业链上这些环节的状况、问题和今后的发展进行系统的分析和归纳.     

氢能与燃料电池汽车

由于经济发展、人口增长、环境保护、化石能源枯竭等原因,发展洁净型可再生能源已成为非常紧迫的任务.20世纪形成的以化石燃料为主体的世界能源结构,在21世纪将转变为以可再生能源等为主的新的能源结构.洁净型可再生能源中最引人注目的是氢能,2000年世界氢能大会认为,21世纪将进入氢能时代.     

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,     

蓝海制绿氢，未来已来

<正>碳中和下的绿氢在“碳中和”大背景下,碳排放与经济发展密切相关,而海洋的风能、太阳能以及潮汐能都属于可再生能源,也称为不稳定能源,这些能源储量巨大,取之不尽用之不竭,如何将这些能源进行有效储存或者将其变为稳定的能源是非常头疼的问题。氢能作为全球公认最清洁的二次能源之一,被列为实现脱碳的重要途径。那么如何获得氢呢？长期以来,人们一直在探索电解水制氢的思路。首先考虑利用的往往是身边直接接触的淡水。但全球淡水资源总体短缺,     

快速发展的微纳能源技术

正能源是人类社会可持续发展的最基本驱动力,也是人类赖以生存的重要物质基础.随着传统化石能源日益枯竭,能源问题成为当前人类面临的主要难题之一.从环境中实现水能、风能和太阳能等可再生清洁能源的高效利用是解决能源危机的有效途径.随着纳米材料与纳米技术的进步,新型清洁能源利用技术得到高速发展,形成了以微纳技术为基础的新一代清洁能源技术与系统,即微纳能源,包括能量的收集、转换、存储与利     

氨氢融合新能源交叉科学前沿战略研究

<正>2022年3月23日,国家发展和改革委员会、国家能源局联合印发《氢能产业发展中长期规划(2021～2035年)》,明确了氢能是国家能源体系的重要组成部分.最近20多年来,氢能基础设施建设、氢能关键材料与核心部件、氢能汽车产业发展、氢能储运技术等方面国内外取得了长足的进展.但目前在世界范围内,氢能产业发展仍然面临着氢跨区域、高安全、低成本、大规模储运难的重大瓶颈^[1～4];     

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.     

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.     

氢的高压与液化储运研究及应用进展

氢能是优势显著的可再生能源,大力发展氢能是我国实现碳达峰、碳中和发展目标的有效途径.我国支持、鼓励制氢、储氢、加氢基础设施的建设,氢能产业已经进入快车道.在氢能全产业链中,氢储运环节成本占比高达30%,是最为关键的一环.技术、经济性、可靠性和安全性都是氢储运技术发展需要考虑的影响因素.物理储氢是目前唯一可大规模商用的存储技术,其中高压气氢储存具有氢充放速度快、成本低等优点,低温液态储氢具有体积能量密度大、加注时间短等优点.氢的输运主要依靠管道运输和交通工具搭载氢储罐运输,其中管道运输是满足未来巨大氢能需求的有效途径.高压气氢储运和低温液氢储运是较为成熟且具有规模应用潜质的技术.本文从储存技术原理、储存设备、运输方式、应用情况以及安全标准等方面对高压和液化氢储运的研究进展进行了介绍.最后,总结了氢储运现状和面临的主要问题,提出了未来氢储运技术发展的建议,展望了氢能应用的广阔前景.     

可再生合成燃料研究进展

能源是支撑人类文明和发展的源泉,自古以来人类社会的每一次重要进步都伴随着能源利用效率的不断提升.然而,化石燃料的过度开采和利用不仅造成了能源危机,而且还导致了温室气体、颗粒物等污染物过量排放所引发的严重环境问题.如何获得可再生的洁净燃料是人类社会可持续发展面临的重要挑战. 19世纪中叶,人类已经开展了制备可再生合成燃料方面的探索,发现利用厌氧微生物可以转化生物质制取富含甲烷的燃气.历经160余年的发展,已经形成了多条直接或间接的可再生合成燃料制备途径.本文围绕可再生燃料的电化学合成、光催化转化、热化学转化、微生物转化四种主要合成路线,综述了利用可再生能源转化二氧化碳制备甲烷、醇醚燃料、烷烃柴油、航空燃油等合成燃料的发展历程、重要进展及挑战,为未来的燃料可持续供给提供新思路.     

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.     

电池

<正>电池以化学能方式存储电能,并能随时供电。毫不夸张地说,电池改变了供电的方式,激励我们研发更小的、更强大的便携式电子设备。如果没有电池,手机、笔记本需要一直插电。所以,感谢电池把我们从电网中解放出来。一场更大的革命即将爆发,届时我们将用间歇性的可再生能源(风和太阳能)替代化石燃料,那时道路上的电动汽车也会远多于现在。为此,科     

石油被替代的可能性与路径之思考

短期内石油作为全球第一大消费能源的地位难以撼动,但随着能源领域材料与技术创新发展以及人类对生态环境保护日益提高,石油作为交通运输燃料被替代的可能性与日俱增.推测替代石油的可能路径有三:(1)电动汽车.依托高效储能电池材料与技术发展,2030年以前有望替代燃油汽车;(2)氢燃料电池汽车.基于廉价高效氢气制取与储运技术,2030~2050年前后氢燃料电池汽车有望进入发展快通道,并可带领人类走进氢经济时代;(3)核聚变能源.可控核聚变技术的突破和小型化,有望全方位提供交通运输动力,或将在2050~2060年前后成为覆盖全领域的主导能源.上述三种路径能否完全替代石油尚存不确定性,但是石油在交通运输领域被大规模替代已成为大势所趋.由燃料应用领域转入材料应用领域将成为石油未来应用的最终归宿.     

新型太阳能电池的机遇与挑战

<正>过去20年中,能源问题位列人类面临的全球性十大问题之首,其紧迫性愈加明显,也引起了各国政府、社会和科学家的极大关注.能源是人类社会实现可持续发展的动力源泉和重要生存基础.作为能源技术的杰出代表,太阳能电池是利用P-N结的光伏效应将太阳能直接转化为电能的光电功能器件,是人类减缓乃至     

“四脚兽穿新装”——创碱性析氢新纪录

<正>自工业革命以来,人类经济社会发展依赖于过度消耗化石燃料,导致严重的能源危机;产生的大量CO₂排放到大气中,也给生态环境带来巨大的威胁^[1].在这种背景下,利用间歇式可再生电力驱动水电解获得“绿氢”,进而发展氢循环经济,将为加快实现“双碳”目标提供一种重要的解决方案.     

封面说明

<正>氢能作为一种清洁高效的二次能源,是实现由传统化石能源向可再生能源过渡的重要桥梁.以来源于生物质的乙醇为原料,进行蒸汽重整反应生产氢气,是获取可再生氢能的重要方式.设计和开发高性能、低成本的催化剂是生物质乙醇蒸汽重整制氢反应亟待解决的关键问题.Ni基催化剂因其在乙醇蒸汽重整中所具有优良的反应活性及较低廉的成本,被广泛应用于这一过程.然而,目前针对Ni基催化剂在乙醇蒸汽重整中镍颗粒尺度     

新能源

地球上的各种能源,有的已被大规模开发和广泛利用,如煤炭、石油、天然气、水力等,称常规能源;还有一些能源,如太阳能、风能、地热能、海洋能、氢能、生物质能等,是正在研究开发和利用的能源,被通俗地称为新能源.其实太阳能、风能等,人类很早就已开始利用,这里把它称作新能源,是指在新技术的基础上进行大规模开发利用而言.新能源与常规能源的区分也是相对的,今天的新能源将来也会成为常规能源.如核裂变,过去是新能源,现在由于技术基本成熟,许多国家已把它看作常规能源.上述这些新能源都是可再生能源和清洁能源,被作为未来经济和社会可持续发展的能源基础,受到了高度重视.     

氢能质子交换膜燃料电池核心技术和应用前景

氢能质子交换膜燃料电池通常被认为是清洁、高效和静音的能源技术,可以将氢气转换成电和热。早在几十年前商业界就期望燃料电池能够应用在运输领域,但一直难以真正实现。阻碍其商业化的主要障碍是成本高、耐久性差、系统较复杂,以及缺乏氢气供给基础设施。为了更好地理解这些问题,文章将介绍这种燃料电池的基本原理、核心技术和应用前景。