可伸缩锂金属电池展现良好的机械和化学稳定性

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柔性电子器件应用前景广阔，市场潜力巨大，因此受到了人们越来越多的关注。而该类型电子器件能否在未来市场取得成功关键在于是否有高性能的柔性/可伸缩电池给予充足的供能。斯坦福Yi Cui教授研究团队设计开发了全球首个可伸缩的锂金属负极，基于该电极制备了新型的可伸缩锂金属电池，展现出良好的机械性能和化学稳定性，对柔性电子器件的发展具有重要的推动作用。 研究人员首先将直径150 μm铜丝卷成直径500 μm一维铜弹簧，随后将铜弹簧卷绕成类似“蚊香”的二维结构弹簧，进一步将聚（乙烯-异丁烯-苯乙烯）橡胶（SEBS）的溶液注入到二维铜弹簧的螺纹缝隙中，等溶剂挥发干后即可得到二维“金属-橡胶”复合体，接着在该复合体表面电沉积一层锂金属薄膜，形成“锂金属-橡胶”一体化电极结构。由于弹簧螺纹缝隙被聚合物SEBS填充，使得整个二维的“蚊香”结构的铜弹簧被分隔成众多的金属微区。一方面，铜线被做成弹簧，保证了其具有良好的弹性（可伸缩性）。这样，在电极受到外力而拉伸时，铜弹簧可以变形，填充在弹簧间隙中的橡胶可以吸收机械应变能量，从而保护锂金属微区免受其影响，也即制备出了具备良好弹性的锂金属负极。随后研究人员测试了基于弹性锂金属负极和传统非弹性的锂金属负极的电池性能，在1 mA cm–2放电电流密度下，基于不可伸缩的锂金属负极电池经过45次循环后，放电容量开始明显衰减，且库伦效率下滑至95%，而将放电电流密度翻倍至2 mA cm–2后，电池经过14次循环后库伦效率便下降到90%以下；相反，可伸缩的锂金属负极电池经过167循环后电池容量基本没有衰减，且库伦效率高达97.5%；即使进一步提高放电电流至2 mA cm–2，电池仍可循环近50次，库伦效率达96%，展现出了优异的循环稳定性。进一步，研究人员系统研究了形变对锂金属电极的影响。在弹性锂负极发生60%的应变条件下，得益于铜弹簧和橡胶弹性，电极基本没有形变，因此电极的导电性几乎不受影响，形变前后电极的电阻基本一致。接着，测试了形变对电池性能影响，即在对电池进行60%伸缩形变后进行100次的恒电流充放电循环测试，结果显示电池在经过100次循环后仍可保持初始容量的90%，且库伦效率为90%左右，展现出了优秀的机械柔韧性和循环稳定性。 该项研究设计制备全球首个可伸缩锂金属电池，展现出优异的机械柔韧性和化学稳定性，为设计开发高效的柔性电池提供了新思路，对柔性电子器件的发展有良好的推动作用。相关研究成果发表在《Joule》。

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发布时间: 2018-09-19

日本部署全球首个IGFC示范项目实证研究

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4月17日，日本新能源产业技术综合开发机构（NEDO）宣布到2022财年将累计资助73.3亿日元，用于开展“煤气化燃料电池联合循环发电（IGFC）实证项目”第三阶段研究工作，即开展全球首个IGFC示范工程实证研究 。该示范工程项目将从煤炭气化气体对燃料电池的适用性，发电系统的性能、可用性、可靠性和经济效益几个方面对配备碳捕集系统的IGFC发电示范系统进行验证，目标是在项目完成时，开发出500 MW配备碳捕集系统的商用IGFC系统，并且在该商用IGFC系统中的CO2捕集率要达到90%，大幅降低煤炭火力发电CO2排放量，同时净热效率要达到47%。 编者按：NEDO“煤气化燃料电池联合循环发电（IGFC）实证事业”于2012年启动，分为三个阶段： 第一阶段：吹氧整体煤气化联合循环发电（IGCC）示范系统设计、建设和实证研究。于2012年启动，在大崎电站内建设了向煤气化炉供应氧气，实施燃气轮机与蒸汽涡轮联合发电的吹氧IGCC验证试验设施，发电规模达170 MW。设施于2015年开始试运行，2018年完成实证研究实验。 第二阶段：配备碳捕集的IGCC示范系统设计、建设和实证研究。于2016年开始，将从煤炭发电系统的性能、可用性、可靠性和经济效益几个方面对增加配备CO2捕集设备的吹氧IGCC进行验证。旨在将CO2捕集率提高到90%，大幅降低煤炭火力发电CO2排放量。 第三阶段：配备碳捕集的IGFC发电系统设计、建设和实证研究。于2018年启动，增加燃料电池联合发电单元，旨在2025年左右开发大型商业化IGFC技术，目标是使净热效率达到55%，单位CO2排放量减少到590 gCO2/kWh左右。

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发布时间: 2019-08-05

日本NEDO资助百亿日元加速推进全固态电池研发

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6月15日，日本新能源产业技术综合开发机构（NEDO）宣布在未来五年（2018-2022年）资助100亿日元用于开展 “创新型蓄电池”主题项目的第二期全固态电池研究课题 ，旨在通过政产学研的合作模式整合全日本相关的国立研究机构、企业界和政府力量，共同推进固态电池技术的研发创新，提升车载电池的能量密度、安全性和续航里程，缩短汽车充电时间，攻克全固态电池商业化应用的技术瓶颈，为在2030年左右实现规模化量产奠定技术基础，维持日本在电池领域的全球领先地位。本次项目的参与成员包括丰田、松下、东丽等23家汽车、电池和材料企业，以及京都大学、日本理化学研究所等15家国立研究机构，将关注两大主题领域，具体内容如下： 1、关键基础技术开发 攻克影响全固态电池大规模量产的关键基础技术，包括研究与开发综合性能优异的固态电解质体系，开发固体电解质低成本化学合成和规模化制备工艺、电极电解质界面优化技术、电池内阻优化技术。此外，开发固态锂离子电池的电池单元模型及材料评价体系，评估电池的性能、耐用性和安全性，以把握新材料/部件的优缺点、相关技术问题以及电池批量生产工艺的适应性等问题，并制定规范的生产流程和性能评估标准。再则，利用计算机仿真模拟开发相应的预测技术，以模拟全固态锂离子电池运行情况，了解不同材料电池不同情况下的运行参数，用于指导实验室的研究开发；同时还将致力于发展并推广由日本主导的全固态电池的耐久性和安全性测试评估方法，使其成为国际标准。 2、全固态电池应用的社会环境分析 追踪调查分析全球全固态电池电动汽车政策、市场、研究发展趋势，以指导制定电动汽车大规模普及的低碳社会体系发展蓝图。在制定未来发展蓝图时，将充分考虑充电公共基础设施选址、资源限制问题、3R（减少原料、重新利用、物品回收）问题等与低碳社会对应的情景，并制定相关方案。 编者按：NEDO于2013-2017年启动了“创新型蓄电池”主题项目第一期研究课题，主要是对先进锂离子电池、固态电池、金属-空气电池等展开研究，其中包括开发固态锂离子电池的电池单元模型及材料评价体系，并对固态电解质、电极活性物质进行研究及测评。

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发布时间: 2018-09-19

先进能源科技动态监测快报2020年第17期

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决策参考 IEA能源技术展望报告评估洁净能源技术创新需求 2 IEA：亟需加速电力CCUS发展以实现低碳未来 4 俄罗斯加速布局氢能产业抢占氢能出口主导权 9 项目计划 DOE资助多个项目支持开发先进煤炭转化利用技术 10 DOE资助9700万美元加速生物能源技术研发 11 DOE部署新项目推进钙钛矿太阳电池技术研发 13 前沿与装备 新型岩盐氧化物负极材料显著提升锂离子电池快充性能 13 双金属氧化物催化剂助力甲烷高效催化转化 14 氟化处理空穴材料显著增强钙钛矿太阳电池长程稳定性 15

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发布时间: 2020-11-09

IRENA：离网可再生能源促进人人享有可持续能源目标实现

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7月14日，国际可再生能源机构（IRENA）发布《全球及各地区离网可再生能源发展现状和趋势》 报告指出，离网可再生能源已成为可持续发展社会中现代能源服务的一种主流解决方案。过去十年（2008-2017年），全球离网可再生能源取得了显著的发展成果，其装机容量从2008年的2 GW增加到2017年6.5 GW，增长了两倍多。得益于此，全球通过离网可再生能源获得廉价、安全可靠的现代能源服务的人数达到了近1.33亿人（2016年数据）。报告对全球离网可再生能源的发展现状和趋势进行了系统分析，主要内容如下： 1、2011-2016年间，离网可再生能源所服务的人数增加了6倍，达到近1.33亿人 截止当前（2016年数据），全球约有1.33亿人通过离网可再生能源获得照明和其他电力服务。其中大约1亿人使用太阳能照明（<11瓦），2400万人使用太阳能家庭系统（>11瓦），至少900万人获得了微电网服务。在过去五年中（2011-2016年），由于太阳能照明成本的迅速下降以及各地建立了供应链，这让服务变得触手可及，同时也推动了离网可再生能源的增长。创新的服务方式和融资模式，如即付即用（PAYG）和微型融资，也增加了太阳能家庭系统的数量。自2007年以来，得益于亚洲的经济增长，以水力发电为基础的微电网所服务的人口增加了一倍多，并在2016年达到了640万人。虽然太阳能照明和太阳能家庭系统服务了绝大多数的离网可再生能源人口，但它们仅占总装机容量的一小部分（4%）。而基于太阳能、水电和生物质的高容量太阳能家庭系统和微电网有潜力提供更广泛的电力服务，包括用于生产用途。 图1 2007-2017年间获得离网可再生能源服务人口数量变化态势（单位：百万人口） 从2008年到2017年，离网可再生能源的装机容量增长了2倍多，从2 GW增加到6.5 GW。其中有一部分用于家庭供电，但大多数（83%）用于工业（如联合发电）、商业（如为电信基础设施供电）和公共用能终端（如街道照明、水泵）。 2、亚洲引领全球离网可再生能源部署 在过去的十年里，亚洲主导了全球离网可再生能源的发展，该地区的可再生能源装机容量从2008年的1.3 GW增加到了4.3 GW。这一增长很大程度上是由太阳能快速发展所驱动，其在可再生能源中的占比增加近2倍，从2008年的11%上升到2017年超过30%。而正在部署的离网太阳能将提供更为广泛的服务，包括家庭的电力和商业/公共用途。同期，离网水电装机容量翻了一番，达到了127 MW。在服务人口方面，离网可再生能源服务的人口数量增长了近8倍，从2008年不到1000万人增至2016年超过7600万人。其中约有5000万人获得太阳能照明服务，超过2000万人获得太阳能家庭系统服务。 图2 2008-2017亚洲地区离网可再生能源装机容量变化态势（单位：MW） 在亚洲，离网可再生能源还被用于烹饪。此外，家庭的生物质能源系统方案也已在许多国家实施，包括孟加拉国、柬埔寨、中国、印度、尼泊尔和越南。在整个亚洲地区内，普遍存在使用固体生物燃料来取暖。 近年来，亚洲地区在扩大电力供应上取得了重大进展。虽然电网服务还是最主要的服务方式，但是离网电力方案也在各种环境中发挥着重要作用，尤其是在电网未铺设的地区、偏远地区和岛屿中。亚洲在主电网和离网解决方案之间的相互作用以及离网可再生能源用于商业、公共和工业最终用途等方面拥有独特的经验。 3、非洲的离网可再生能源发展迅速 过去5年（2011-2016年），非洲大陆的离网可再生能源取得了快速发展。该地区获得离网可再生能源服务的人数从2011年略高于200万人增至2016年逾5300万人。这其中，太阳能照明当获首功，约有10%（约540万人）通过离网太阳能获得了高水平的电力服务。2017年，得益于技术设计和融资（如PAYG）的创新以及与移动支付平台（主要在东非）的结合，使用太阳能家庭系统的人口达到了400万人。 从2008年到2017年，该地区离网可再生能源累计装机容量已从231 MW增至2017年的近1200 MW。太阳能技术一直是离网容量增长的关键驱动力，超过820 MW容量的太阳能照明、家庭系统和微电网等完成了部署。同期，小型水力电网的装机容量从124 MW增长到162 MW。 展望未来，到2030年非洲将走在实现SDG 7目标（SDG7是联合国设定的7号可持续发展目标，即获得廉价、清洁和可持续的现代能源服务目标）的前列。由于集中式能源服务基础设施较为薄弱，离网可再生能源则将在实现非洲大陆全面能源供给上发挥关键作用。 4、世界其他地区也在大力推进离网可再生能源发展 除亚洲和非洲之外，全球其他地区至少有300万人通过离网可再生能源获得能源服务。这些地区总装机容量已从2011年约400 MW上升至2017年超过1.1 GW，其中南美占多数。 南美洲的电力普及率是发展中国家中最高的，其中离网可再生能源是解决最后一英里（偏远地区）电力供应以及工业（如采矿）和商业电力供应的解决方案。该地区离网可再生能源装机容量从2008年256 MW增至2017年456 MW，水电主导了离网能源基础设施的发展，工业领域生物质能的使用也有所增加。自2012-2017年间，太阳能装机容量也显著增长6倍达到88.5 MW。 图3 2008-2017亚非以外的其他地区离网可再生能源装机容量变化态势（单位：MW） 大洋洲离网可再生能源装机容量也占据了较大份额，因为这些岛屿国家正在从化石燃料过渡到可再生能源。该地区装机容量已经从2010年的125 MW增长到2017年的150 MW。与此同时，太阳能在可再生能源总量中所占的比重从4.7%上升到21%以上。加勒比共同体（CARICOM）的大多数成员都有较高的通电率。但不包括伯利兹、圭亚那、海地和苏里南，因为它们面临着农村电气化或能源匮乏的巨大挑战。考虑到这四个国家的电气化，分布式发电才能确保他们有可靠的电力供应。在圭亚那，有几家公司通过分布式发电来满足大部分或全部的能源需求。在海地，现有电网系统的不稳定性促使电网消费者完全或部分地依赖于自我发电，主要是依靠高效的柴油发电机。随着可再生能源的发展，大洋洲和加勒比海的岛屿预计将过渡到基于可再生能源的电力系统。 5、离网可再生能源能在各地都提供广泛的电力服务 当前，离网可再生能源被广泛用于为各种用能终端提供电力服务。在2017年，6.6 GW离网装机容量中，工业部门获得的电力服务最多，其次是商业和公共服务用能。其中工业部门所使用的离网电力主要依靠农林残余物的生物质能发电，而太阳能光伏则更多被用于为商业和公共设施以及住宅提供电力服务。 在商业和公共用途中，电信基础设施选择光伏供能，同样选择光伏的还有学校、街道照明、卫生中心和抽水。太阳能光伏因为其模块化和分布式的特性而具备了较大的部署灵活性，目前几个光伏项目和计划已经启动并正在加速部署中。太阳能泵是个很有吸引力的项目，它可以满足灌溉和饮用水供应的需要，也能提供可持续的现代能源，因此其部署规模也在逐渐扩大中。农村医疗中心的太阳能供电也成为了人们越来越感兴趣的一个领域。自2010年以来，用于医疗中心的光伏装机容量增加了五倍，到2018年预计达到10 MW以上。电力供应对医疗服务的质量、可及性和可靠性方面发挥着关键作用。全球约有10亿人的卫生设施无法获得可靠的电力供应，其中有2.55亿人生活在撒哈拉以南的非洲地区。考虑到其巨大的社会影响，农村医疗的电气化应成为农村电气化方案的优先选择 报告最后总结道，为了加速实现SDG7目标必须需要协调能源社会环境中的多个要素，包括政策法规、体制框架、交付和融资模式、技术创新和跨部门联系，并提出了相关建议： 政策与监管 1、电气化发展规划和战略应在合理的时间范围内明确电网扩展所要达到的区域和适合于离网解决方案的区域，并将信息提供给所有利益攸关者。 2、政策和法规的稳定性和明确性对于开发离网可再生能源解决方案至关重要。需要设计激励结构来吸引投资，并鼓励当地企业为市场发展做出长期贡献。 3、调整传统的集中式电网政策框架以适应微电网发展需要，如针对微电网制定政策和法规解决许可要求、税收制度、并网影响和融资等方面的问题。 4、采取适当的标准和质量控制措施来避免低质量产品的泛滥。由于离网可再生能源的监管仍处于起步阶段，各国政府应集中精力制定标准，鼓励可持续发展，同时不阻碍模式的创新。 制度框架 1、有关机构需要有明确的角色和责任，部门参与者对行政程序和机构联系要有明确的认识。 2、简单而精简的行政程序可以减少交易费用，例如在取得必要的许可证和资质方面。为此，最好是由一个机构负责协调利益相关者、制定过程和程序、管理项目批准、提供容量建设和促进财务和其他奖励计划的管理。 3、实施电气化战略的机构需要具备从技术知识和技能到稳定的预算拨款等一系列强大的能力。 交付和融资模式 1、交付模式需要根据当地的社会经济条件、采用技术以及当前和预期的电力服务需求来设计。 2、为最终用户提供长期的、量身定制、可实现的融资可以提高产品（如太阳能家庭系统）或服务（如微型电网连接费）的可及性。 3、离网部门的企业根据所处阶段、产品/服务组合和项目开发阶段的不同，寻求通过不同的融资需求获得长期融资。 4、使用金融工具，如众筹可以在传统融资无法获得或成本过高的情况下为离网项目提供资金。 技术创新 1、离网可再生能源技术应适应当地情况，并为农村地区提供多样化的电力服务。 2、开发和实施项目需要公私合伙和贷款赠款，而生产和知识产权交换则需要公共风险基金和补贴。公私部门的资助对创新型基础研究至关重要。 3、政策制定者应提供市场政策支持，促进可再生能源微电网设备商业化，大力推进行业发展。 交叉领域 1、离网可再生能源的全面发展应该考虑到跨部门能源服务的多样性 2、离网解决方案的技术、交付和融资模式的创新是对跨部门应用（包括农业部门）电力服务的支持。 3、离网可再生能源解决方案应该为公共服务（如淡水、教育和健康）提供可靠的电力供应。激励跨部门的合作需要评估各个部门离网解决方案的作用以及在各自部门发展战略中的发展情况，并最大限度地扩大离网解决方案对实现多个可持续发展目标效能。

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发布时间: 2018-10-25

先进能源科技动态监测快报2019年第02期

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决策参考 BNEF：2018年全球清洁能源投资再破3000亿美元大关 2 欧盟公布面向2050气候中性经济体战略愿景 4 NEA发布核能数据报告评述成员国核能发展态势 6 项目计划 DOE资助8800万美元支持提高油气采收率技术开发 9 ARPA-E资助1100万美元支持OPEN+第四、五批研究项目 10 DOE资助2500万美元研发下一代海洋能转换装置 11 前沿与装备 窄带隙锡铅复合钙钛矿太阳电池创下19%转换效率记录 12 基于菲醌大环化合物正极铝离子电池实现高效稳定运行 13 原位表征揭露铱单原子催化剂氧化CO反应机理 14 双功能Co掺杂SnS2复合物有效抑制锂硫电池穿梭效应 15

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发布时间: 2019-08-05

氟氧化物催化剂实现可见光驱动分解水产氢和CO2还原

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光驱动催化分解水产氢和还原二氧化碳，在解决能源短缺和环境问题方面具有极大的发展潜力。然而，当前高效的光催化剂光响应范围过窄（主要局限在紫外波段），因此开发高效的可见光响应的催化剂成为光催化领域研究热点。由东京工业大学Maeda Kazuhiko教授课题组牵头的联合研究团队设计合成了全新的窄禁带烧绿石结构氟氧化合物（Pb2Ti2O5.4F1.2）催化剂，具备了优异的可见光响应特性，实现了可见光驱动分解水产氢和CO2还原。 研究人员首先按照一定化学计量比将氧化铅、氟化铅和氧化钛混合，通过固态反应法制备了Pb2Ti2O5.4F1.2化合物，X射线衍射表征显示化合物为纯相的烧绿石结构，扫描电镜测试表面化合物为纳米颗粒，平均粒径在2-10 μm之间。莫特-肖特基曲线计算结果显示Pb2Ti2O5.4F1.2的价带是-1.62 eV，平带是0.78 eV，即其带隙仅为2.4 eV（光谱响应范截止点在500nm），具备了良好的可见光响应特性；而相比水氧化电势（0.25 eV），Pb2Ti2O5.4F1.2催化剂平带电势为0.78 eV，即位置更负，因此Pb2Ti2O5.4F1.2催化剂完全满足水氧化和CO2还原的电势差要求；表明了Pb2Ti2O5.4F1.2催化剂完全可以实现可见光驱动的水解产氢和CO2还原。接着通过光还原在Pb2Ti2O5.4F1.2催化剂表面沉积一层铂（Pt）纳米颗粒作为质子还原活性位点，随后将Pt修饰的Pb2Ti2O5.4F1.2与乙腈溶液、三乙醇胺和水混合，置于可见光辐照下（λ≥420 nm），实现了可见光光解水产氢，产氢效率为0.1%，且连续辐照15小时，催化剂晶相和成分没有任何变化，表明Pb2Ti2O5.4F1.2催化剂能够在可见光辐照下实现稳定催化分解水产氢。进一步，研究人员利用分子键合将双钌金属核心配体耦合到 Pb2Ti2O5.4F1.2表面，实现了可见光辐照下CO2还原成甲酸。 上述结果表明，Pb2Ti2O5.4F1.2催化剂可以实现可见光驱动分解水产氢和CO2还原，但该新型催化材料目前还是存在缺点，就是催化剂的表观量子效率较低，产氢效率仅为0.1%。因此，下一步工作将致力于改进催化剂的合成工艺和表面的修饰，增强催化性能，提升产氢效率。 该项研究设计合成了全新的双阴离子氟氧化合物催化剂，实现了稳定可见光光驱动分解水产氢和CO2还原，为清洁高效转化利用太阳能提供了新的技术路线。相关研究成果发表在《Journal of the American Chemical Society》 。

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发布时间: 2018-09-04

铜铬氧化物无机空穴材料改善钙钛矿电池光稳定性

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近年来，有机无机杂化钙钛矿太阳电池快速发展，转换效率已经突破22%，被认为是最有希望替代晶硅电池的新一代薄膜太阳电池技术。然而，稳定性差（如水、紫外光诱发的钙钛矿材料降解）问题成为了该电池技术走向商业化应用的一大障碍。由华盛顿大学Alex K-Y Jen课题组牵头的联合研究团队制备了新型的铜铬氧化物（CuCrO2）纳米晶薄膜，替代常规的氧化镍（NiOX）薄膜作为空穴传输层，应用于倒置结构的钙钛矿太阳电池，有效吸收了紫外可见光，避免了钙钛矿的光降解，从而显著改善了电池光稳定性。研究人员采用水热法制备了CuCrO2纳米晶，透射电子显微镜表征显示，CuCrO2纳米晶呈现片状形貌，平均尺寸在10 nm左右。X射线衍射测试结果表明，CuCrO2纳米片为纯六方相结构，即结晶度高有助于空穴传输。随后在室温下（25℃，远低于传统的TiO2基钙钛矿电池500℃左右的制备温度）通过旋涂法在ITO衬底上制备了一层CuCrO2纳米片薄膜作为空穴传输层，透射率测试显示，当传输层的厚度不超过58 nm情况下，在400-800 nm的光谱区域，CuCrO2纳米片空穴传输层的透射率超过了70%，即具备了良好的透射率。最后研究人员制备了以CuCrO2纳米片为空穴的倒置结构钙钛矿电池，并测试了电池性能。结果显示，电池器件的效率与CuCrO2空穴层的厚度有关，当厚度从10 nm逐步增加到20 nm时，器件效率逐渐增加。结合扫描电镜测试发现，厚度在45 nm时器件性能达到最优，短路电流密度、开路电压、填充因子和转换效率依次为21.94 mA cm−2、1.07V、0.81和19%；而基于传统NiOx空穴的钙钛矿电池短路电流密度、开路电压、填充因子和转换效率依次为21.45 mA cm−2、1.05V、0.76和17.1%。研究人员进一步采用紫外光对电池进行辐照研究其光稳定性，发现以NiOx为空穴的电池器件的短路电流密度在照射300 h后发生大幅下降30%，从而导致器件效率也大幅衰减。而以CuCrO2为空穴的器件效率基本不发生变化，表明了CuCrO2能够有效地对紫外光进行阻挡，从而提高了器件的光稳定性。该项研究设计合成了全新的抗紫外光的无机空穴材料，在保障电池高效率的前提下，有效地阻挡了紫外光，大幅改善了钙钛矿电池器件的光能稳定性，为制备高效稳定的钙钛矿电池提供了新途径，为钙钛矿电池工业化应用起到积极推动作用。相关研究成果发表在《Advanced Energy Materials》 。

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发布时间: 2018-06-01

DOE资助700万美元支持非常规油气技术开发

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5月30日，美国能源部（DOE）化石能源局宣布资助约700万美元用于支持非常规石油和天然气开采技术的研发 ，旨在重点解决目前对油层动态、最佳完井策略、下一代地下诊断技术以及先进海上油气开发技术认识方面的不足，如研究在各种环境和地质构造中控制天然气和石油采收率的地球物理和地球化学机制，以更好地了解地下环境并提高油气采收率。 本次资助项目承担单位是阿拉斯加大学费尔班克斯分校，将在Milne Point油田的阿拉斯加北坡（ANS）首次进行聚合物驱油的重油生产技术实地验证。据估计，ANS油藏内的重油总量约为200-250亿桶，其中约三分之二的重油位于毗邻的库普里亚河流下面。传统的水驱采油效率较低，而热、混相流体和注气方法不适用于非常规油气开发。实验室和模拟研究表明，聚合物驱油对提高Schrader Bluff稠油油藏的采收率有很大的潜力。这项实地测试将在ANS和美国各地推广使用聚合物驱油的重油生产可行性知识。项目经费总额达955万美元，其中DOE资助697万美元。 资助项目不仅有助于DOE在北极地区的非常规储层中实现无害化的油气开发，帮助美国成为非常规油气资源开发技术的全球领导者，确保国家资源禀赋价值的最大化；同时也是对DOE陆上和海上非常规油气资源开发研究规划工作的强有力支持。这些工作包括：（1）加深对资源开发过程的理解；（2）推进技术和工程实践，确保有效开发这些资源，同时将环境影响和风险降至最低；（3）增加美国石油和天然气资源的供应，以提高其能源主导地位和安全性。

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发布时间: 2018-09-19

美科学院报告提出地质调查局能源资源计划未来方向

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8月29日，美国国家科学院发布了《美国地质调查局能源资源计划的未来方向》报告 ，针对美国地质调查局（USGS）的能源资源计划，确定了美国及世界面临的能源资源挑战，提出未来10到15年内能源资源开发和研究的方法以最有效地应对这些挑战，并更好地为USGS能源研究重点和美国政府的能源需求及优先事项提供信息。美国地质调查局能源资源计划负责提供公正、公开的国家和地区规模能源资源评估，包括对石油、天然气和煤炭等技术可采的碳氢化合物国内及国际资源禀赋的研究评估，以及对未来美国能源结构可能起重要贡献的其他地质资源（如地热、甲烷水合物和铀资源）的评估。报告具体内容如下： 1、未来10至15年内，美国和世界将极大依赖能源资源，将面临的主要挑战有： 充分认识到国家能源资源存量及其不确定性。资源开发需要对地质结构与地质工程，勘探开采技术，数据获取、管理与分析工具，水文学，耦合过程及其环境影响以及地质资源的经济开采有深刻理解。 以对环境和社会负责的方式探索和开发地质资源。在资源开发的生命周期中了解地下环境和资源开发的影响，包括：土地和水的使用要求；采出水的管理；含水层污染的可能性；避免或减轻诱发地震活动；二氧化碳的地质封存；放射性和其他能源废物的长期地质封存。 克服新资源开发过程中的技术和经济障碍。需在以下领域进行技术开发和创新：开发可采资源开采后的地下能源；新兴地质资源（例如甲烷水合物）；减轻环境影响（例如石油和天然气生产引起的甲烷泄漏、石油和天然气井产出减少以及诱发地震活动）；废物处理或隔离（例如二氧化碳）。 适应波动性电源（例如风能和太阳能）及相关能源存储。地下储能（或废弃物处置）需要对地下储层进行表征，了解如何储存资源、储存的影响以及如何提取储存的资源。 2、能源资源计划应快速响应技术进步并预测未来的信息需求，对此提出的建议包括： 根据能源资源计划任务和国家的信息需求，重点关注地质资源的新活动和延续性活动。能源资源计划应关注与地质能源开发相关的问题，通过不断重新评估当前和新兴能源趋势和信息需求，以及利益相关者最需要的成果，确定其活动的优先级，从而提高其相关性。 优先考虑与现有和新兴的常规/非常规石油和天然气及采出水相关的地质研究及成果，以及与地热能、甲烷水合物和地下储能相关的新兴技术。常规/非常规石油和天然气勘探和开发（需要高用水量水力压裂技术）将在未来10-15年内主导能源部门，能源资源计划评估对于为国家能源政策提供信息至关重要。计划应采取如下举措：（1）通过提高其评估方法及输入数据的透明度来改进对石油、天然气和地热的评估；（2）评估应与信息同步更新，应包含与生命周期有关的信息，如所需的水资源、采出水的毒性、处置和环境影响，以及与经济可开采性相关的信息；（3）继续就甲烷水合物相关研究开展能源资源计划合作，考虑水合物开发的全生命周期的环境后果，并根据水合物生产技术的开发情况定期重新评估与水合物相关的研究重点；（4）高度关注与地下储能和废物处理相关的难以预期的耦合过程（水力/化学/热/机械），以便更好地了解地下储能系统的长期性能及其影响。 保持传统石油、天然气、煤炭、铀和新兴能源资源领域的战略能力；根据信息需求，调整以上及其他领域的成果和研究重点。能源资源计划需做好应对可能从油页岩等领域中获益的准备。另外，计划可针对新发现或不太明确的资源量进行评估，使其战略指导具备更大的灵活性。例如，煤炭资源评估可能侧重于冶金、煤气化和稀土元素提取等特定资源。同样，与能源资源开发有关的人类健康和安全方面的空间信息也可纳入评估。能源资源计划与铀资源相关的成果在美国政府机构和行业中是独一无二的，最近在这个领域的工作包括：估算未发现的铀资源的新方法、采矿后地下水采收相关项目、不同主岩中矿床的改进估算方法、传统铀矿的修复、溶浸采铀（美国铀矿开采的主要方法）对地下水的影响及治理研究。目前的评估工作与铀开发的基础研究达到了平衡。 3、下一代成果的综合方法：随着数据量的增加，能源资源计划应探索、识别和应用新的数据分析和机器学习工具以及评估方法。对此提出的建议包括： 将与资源开发的环境影响有关的数据纳入能源资源计划成果。决策者应完全了解影响能源开发总成本的所有因素，包括缓解和补救环境影响。计划目前单独评估与能源资源开发有关的环境因素，应将其与环境研究的地理空间相关要素结合起来，并将其他公共和私人信息源结果纳入资源评估中。例如，计划可以在能源资源图上叠加生物多样性地图和濒危及受威胁物种地图。 考虑地质资源时应采用全生命周期和全系统方法，从初始资源评估到开发、废物处理以及已开发场地的处置。能源资源计划不是按主题领域划分研究成果，而是需要将基于生命周期和系统的综合方法应用于其分析，以便进行可靠的情景分析，并估算决策者对资源开发的影响和总成本。 例如，鉴于需要生产大量天然气，有关可能放置井的位置以最大限度地减少所需水量，以及哪种提取技术可能最有效地减轻预期环境影响的信息将具有指导意义。 基于质量和可恢复性对资源进行量化，以改进对地质资源的评估。能源资源计划不进行经济分析，但它可以通过向决策者提供何时以及如何开发特定资源可获得最大利益的相关信息来支持经济分析。计划评估应包括资源质量和经济可开采性的信息，以及支持他人开发能源供应曲线的信息。 重视在区域和流域尺度上开发多种资源和多储层地质模型。单个能源资源计划成果中的系统级信息（如多种资源、多储层和环境影响等）有助于决策者权衡不同开发事项及其组合的影响。然而，通常情况下，计划成果专注于特定规模的某种能源资源。下一代计划评估成果可以结合区域数据和数值模型，以提高对多种资源、流域规模地质资源库的理解。 4、有些能源资源计划评估方法十多年未经过修正，而石油和天然气生产、采矿和加工及数字化数据传播等技术已经有了很大进展，资源的利用及市场也发生了变化，因此需改进评估方法以减少不确定性。对此提出的建议包括： 成为国家级公共地质资源数据的保管机构。目前，缺少统一的国家级地质数据库用于地质资源的开发、研究、政策和法规。联邦、州和私营部门为特定目的来收集数据，因此难以将这些数据组合建立区域或国家级的数据库。利益相关者认为能源资源计划维护的数据库（如煤炭资源，烃源岩、石油和天然气地球化学，采出水）还不够全面，计划应扩展其当前的数据汇编、存档和传播功能，并使之成为美国国家级能源相关地球科学数据的保管和传播者。为了满足客户需求，计划应优先创建更易于更新的数据集、创建数据库提供新类型信息、开发适当的数据存储系统和数据库架构、改善网络传送机制。 提高能源资源计划成果和相关数据的及时性。利益相关者认为能源资源计划成果发布过晚，尽管计划通过发布评估技术摘要以增加成果及时性，但由于缺乏支持数据和分析方法的描述，这些成果对许多决策者的用途有限。如果成果能够基于最新的可用数据以及勘探和开发技术的最新进展，并在进行资源开发决策之前交付，其实用性将会增加。 建立正式机制，定期与外部和主要利益相关方合作，确定未来能源资源计划活动和优先顺序，并确定计划成果和研究的影响。能源资源计划没有正式的利益相关者识别和互动机制，也缺乏正式机制来确定利益相关者的需求或计划成果的影响。与利益相关者定期、正式的接触可以帮助确定计划优先事项，确定新出现的问题，审查计划能力，并确定新的地质资源评估与开发方法。能源资源计划可以通过建立联邦和州级实体以及非政府组织的外部顾问委员会来与利益相关者进行正式接触，以补充其现有内部顾问委员会的建议。 与其他USGS单位、联邦和州机构以及国内和国际组织合作，更有效地实现能源资源计划使命。计划在甲烷水合物研究领域的工作是一个协调研究的范例，它利用各种外部机构的专业知识和资源来推进知识的总体状态。类似地，能源资源计划其他研究领域可以在提高效率的基础上扩展各自的广度和范围。例如，计划可以建立伙伴关系，并将其资源与具有丰富数据集和样本档案的州机构的资源相结合。另外，计划还可从短期的研究中获益以完善其专业知识。为了保持其可靠性，计划应在合作中保持客观和中立。

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发布时间: 2019-01-03