1. 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

2. 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

3. 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

4. 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

5. 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

6. 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

7. 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

8. 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

9. 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

10. 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

11. DOE资助445万美元支持地热层间封隔研究

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9月5日，美国能源部（DOE）宣布为4个地热层间封隔研究项目提供445万美元的资助 ，以支持研发增强型地热系统（EGS）的工具和技术，提高其性能及成本效益。层间封隔技术可以根本改善EGS的性能和经济性，能够有效地预测定位特定区域，优化裂隙网络，从而降低EGS开发成本和操作风险，增加地热井筒发电量。EGS具备在全国范围内提供稳定可靠的可再生能源的潜力，目前美国地热发电容量仅有3.8 GW，投资EGS技术可以产生超过100 GW的发电容量。本次资助的项目侧重于研发对井筒完整性和裂缝导流能力风险较低、能够在腐蚀性坚硬岩石环境中长时间高温下操作、能承受较大压差的层间封隔工具和技术，具体项目见表1。 表1 DOE资助的地热层间封隔研究项目内容 承担机构 研究内容 C-Crete Technologies有限责任公司 开发嵌入高性能聚合物中的石墨烯纳米带，可通过目标高能微波固化并隔离井下区域 Fervo Energy公司 与斯伦贝谢公司合作，通过高温部件（弹性体）升级其最受欢迎的“Copperhead”层间封隔技术，部署于地热环境 Hotrock Energy Research Organization 开发用于层间封隔的基于可热降解膨胀材料的高温封隔器系统，包括临时隔离井下区域的可膨胀弹性体和泡沫。 Welltec有限公司 设计全金属、无弹性的层间封隔工具，用于更高温度的EGS环境

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发布时间: 2019-01-03

12. 全磷酸盐体系电极电解质增强全固态锂电池性能

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全固态电池采用全新固态电解质取代当前有机电解液和隔膜，具有高安全性、高能量密度、广泛的高比能电极体系适配性等优点，有望成为下一代动力电池的终极解决方案。然而，固态电解质和电极之间较差的接触性引起电池传输电阻过大问题限制了电池性能，成为该电池商业化的一大障碍。德国尤里希研究中心Ru?diger-A. Eichel教授课题组设计开发一种磷酸体系的全固态电池（磷酸体系电极、磷酸体系固态电解质），有效地改善了电极和固态电解质接触性，显著减少了电池传输电阻，增强了电池的放电比能量和循环寿命。研究人员首先合成了磷酸体系的正负电极LiTi2(PO4)3 （LTP）和Li3V2(PO4)3（LVP），以及电解质Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3 (LATP)。X射线衍射谱（XRD）测试显示，电极和电解质的晶体结构高度相似，有助于电极和电解质材料匹配，改善界面连结性，降低阻抗。扫描电镜表征显示，LTP电极是由纺锤体状的纳米颗粒单元组成，平均长度约6 μm；而LVP电极组成单元则是平均长度约6~8 μm纳米针；氮气的脱吸附曲线测试结果显示，上述两个电极均是多孔结构，这有利于固态电解质填充到内部，改善界面传输电阻促进离子传输。接着将LATP与炭黑和乙基纤维素粘结剂混合并压制成块体的固态电解质，室温下离子导电性达到了近1 mS/cm，完全满足电池需求。而为了让其能够与电极更好形成界面接触，对电解质表面进行抛光处理，使其表面的粗糙度（高低起伏的平均幅度）达到8 μm以上，大于电极颗粒的平均粒径（让电极起伏界面能够与电解质契合），从而让电极和固态电解质能够形成良好的接触界面。随后将抛光的固态电解质LATP与LTP、LAP电极组装成完整的单片电池LTP‖LATP‖LAP，并与采用传统液态电解质的电池进行电化学循环对比测试。在0.2-2.8 V电压窗口、0.078C倍率下，采用传统液态电解质电池初始循环放电比容量为100 mAh g–1，然而经过50次循环后电池容量便大幅衰减70%；相反同样倍率下，采用磷酸体系全固态电解质电池初始放电比容量为98 mAh g–1，经过50次循环后容量基本无衰退，而且当将倍率翻20倍到0.39C，电池依旧可以获得76 mAh g–1的初始放电比容量，经过500多次的循环后放电比容量为63.5 mAh g–1，保持了初始容量的84%。由上可知，全磷酸体系电解质和电极电池不仅循环稳定性更加优异，还具有更高的倍率性能。该项研究设计合成了全磷酸体系的固态电解质和电极，显著改善了电解质和电极的界面接触减少了界面传输阻抗，增强了电池的倍率性能、循环稳定性和容量保持率，为设计开发高效长寿命的全固态锂离子电池提供了新思路。相关研究成果发表在《ACS Applied Materials & Interfaces》。

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发布时间: 2018-12-29

13. 先进能源科技动态监测快报2018年第21期

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决策参考 IEA：能效是构建安全可持续能源系统的关键 2 世界能源理事会评估各国能源系统绩效 5 项目计划 DOE资助5300万美元支持先进太阳能发电技术研发 7 DOE资助1870万美元支持先进煤/二氧化碳转化技术研发 8 前沿与装备 非甲基胺阳离子平面型钙钛矿电池创稳态效率纪录 10 液相法钙钛矿固有晶体缺陷是影响界面复合的关键因素 11 Ni原子修饰实现对MoS2纳米片表面调制增强电催化性能 12 黑磷/碳纳米管复合纤维电极显著提升柔性超容性能 13 能源资源 IEA：供应灵活性是全球天然气贸易发展和供应安全的关键 14

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发布时间: 2019-07-22

14. 离子液体添加剂抑制离子迁移提升钙钛矿电池稳定性

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有机金属卤化物钙钛矿太阳电池具有制备工艺简单、光电转换效率高、成本低廉等优点，被视为最有希望替代晶硅太阳电池的下一代光伏技术。然而器件的长程稳定性（如光照和热作用下诱发钙钛矿活性层中的离子迁移导致钙钛矿成分分解）制约了该电池技术的商业化应用，因此改善钙钛矿太阳电池器件不稳定性是当前的研究热点之一。 牛津大学的Henry J. Snaith教授课题组联合瑞典林雪平大学研究团队将离子液体加入到钙钛矿薄膜中，不仅提高了器件效率，还有效抑制了离子迁移，显著提高了器件的长期稳定性，使钙钛矿太阳电池向商业化迈进了关键一步。研究人员将不同摩尔比（0-0.9%相对铅元素而言）的1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（BMIMBF4）离子液体加入到钙钛矿前驱体中，通过旋涂法沉积在涂覆有氧化镍（NiO，作为空穴传输层）薄膜的导电玻璃上，随后在钙钛矿薄膜上逐步沉积富勒烯衍生物C61（电子传输层）、浴铜灵（BCP）缓冲层和金（Au）电极，形成倒置结构平板型钙钛矿太阳能器件。通过分析器件的电流-电压曲线发现，当BMIMBF4离子液体添加量达0.3%时，器件性能最优，其稳态光电转换效率（SPO）达到20%，而没有添加BMIMBF4离子液体的器件SPO仅为18.7%。对钙钛矿薄膜X射线衍射表征显示，相比无BMIMBF4离子液体样品，含有BMIMBF4离子液体的钙钛矿薄膜衍射峰强度增加，表明结晶性增强；扫描电镜显示含有BMIMBF4离子液体的钙钛矿薄膜晶粒尺寸增大，与X射线结果相互映衬。而X射线光电子谱（XPS）测试结果发现，BMIMBF4离子液体钙钛矿薄膜带隙发生了小幅变动，其与NiO和C61带隙匹配性变得更好，意味着其电子和空穴的抽取效率更高，这也解释了电池器件性能改善的原因。进一步的光致发光谱测试显示，没有BMIMBF4离子液体的钙钛矿薄膜出现了荧光淬灭现象，这是离子迁移所致；相反，含有BMIMBF4离子液体的钙钛矿薄膜则没有出现荧光淬灭，表明了BMIMBF4引入有效地抑制了钙钛矿薄膜中的离子迁移。接着在60-65℃（湿度40-50%）、一个太阳的全光谱辐照下，开展稳定性测试，实验结果显示无BMIMBF4离子液体钙钛矿薄膜仅仅72小时就从黑色变成了黄色，意味着钙钛矿成分分解；相反，含有BMIMBF4离子液体的钙钛矿薄膜依旧保持黑色，只出现了微量的碘化铅（PbI2），表明其稳定性得到了增强。最后研究人员在相同条件下对未封装电池器件开展稳定性测试，无BMIMBF4离子液体钙钛矿电池连续工作100小时后效率就基本降至零；而含有BMIMBF4离子液体的钙钛矿电池则仍可保持86%的初始效率。接着对含有BMIMBF4离子液体的钙钛矿电池进行封装测试，且进一步提升了测试环境严苛性，将温度增加到70-75℃，结果显示连续运行超过1800小时后，器件的性能仅下降了5%左右，在此基础上计算预测器件下降到初始效率的80%，所需的时间至少要5200小时，展现出优异的稳定性。 该项研究通过在钙钛矿薄膜中引入离子液体，有效地抑制了离子迁移，极大提高了钙钛矿太阳电池长期运行的稳定性，其改善方法简单，具有广泛普适性，能够延用到其他类型的钙钛矿太阳电池器件中，为钙钛矿太阳电池从实验室走向商用奠定了关键一步。相关研究成果发表在《Nature》。

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发布时间: 2019-12-01

15. 欧洲光伏产业协会：2022年全球光伏累计装机预期超过800 GW

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6月19日，欧洲光伏产业协会（SolarPower Europe）发布《2018-2022年全球太阳能光伏市场展望》报告 ，对全球及主要光伏市场的现状和未来五年的发展趋势进行了展望分析。 截至2017年底，全球累计光伏装机容量达到404.5 GW，同比增长33%。2017年是光伏发展创纪录的一年，全球新增光伏装机容量达到99.1 GW的历史新高，较2016年76.6 GW大幅增长近30%，主要贡献来自亚太市场（新增装机73.7 GW），该地区累计光伏装机容量达到了221.3 GW，占全球光伏装机总容量的一半以上（55%），是全球第一大光伏市场。紧随其后的是欧洲光伏市场，新增9.2 GW的装机容量，同比增长30%，累计装机达到114 GW，占全球光伏装机总容量的28%。而美洲地区以59.2 GW累计装机位列全球第三大光伏市场，在全球光伏装机总容量中的占比为15%。 图1 2000-2017年世界主要地区光伏累计装机容量发展态势 （单位：GW） 2017年中国光伏市场表现最为强劲，新增装机大幅增长53%，从2016年的34.5 GW增长到52.8 GW，占到全球新增装机容量的一半以上，成为全球光伏装机容量增幅最大的国家；紧随其后的是美国，2017年新增光伏装机容量为10.6 GW；印度和日本分居三、四位，分别增加了9.6 GW和7.2 GW。 截至2017年底，全球累计光伏装机前10个国家的装机容量均超过5 GW：其中中国以129.4 GW（占全球总装机的32%）独占鳌头；美国和日本分别以51.5 GW（13%）和49.3 GW（12%）分列二、三位；德国（42.9 GW, 10.6%）、意大利（19.4 GW，5%）、印度（19 GW，4.7%）、英国（12.7 GW，3%）、法国（8 GW，2%）、澳大利亚（7.3 GW，1.8%）和西班牙（5.6 GW，1%）分列四到十位。 图2 截止2017年底全球累计光伏装机前10位国家的占比 报告通过情景模拟（高增长情景、中间情景和低增长情景）对未来五年全球光伏市场发展做出展望：预计2018年全球光伏市场年度新增装机容量有望突破70 GW，累计装机容量将达到473.8-531.3 GW之间（不同情景预测结果不同）；到2022年，年度新增装机容量则会达到100.6-232.6 GW之间，累计装机容量将达到813.3-1270.5 GW。但无论哪种模拟情景，有两点是肯定的：2018年全球光伏累计装机容量将突破450 GW，到2022年将超过800 GW；亚洲将毫无疑问继续主导全球光伏市场。在此期间，中国仍将是全球最具活力的光伏市场，到2022年新增装机容量有望超过100 GW。 图3 到2022年不同情景下全球光伏累计装机容量发展趋势预测（单位：GW） 报告指出快速下滑的成本使得太阳能光伏愈发有价格竞争力，是光伏发展的巨大驱动力。早在2016年，众多国家的太阳能光伏招标价格都已经低于3美分/千瓦时，如迪拜800 MW太阳能光伏项目招标成交价格为2.95 美分/千瓦时，智利一份光伏购电协议价格为2.91美分/千瓦时；2018年2月在迪拜一份已正式签署的光伏购电协议价格低至2.34美分/千瓦时，创造了全球历史上最低的光伏价格。尽管如此，光伏发展还是面临诸多挑战，而良好稳定的政策环境、合适的电力市场设计是确保光伏市场稳定繁荣的关键保障。

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发布时间: 2018-10-09

16. 新型硫化锂碳/纳米管复合电极增强锂硫电池循环稳定性

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锂硫电池是极富潜力的下一代高能电池系统，其理论能量密度可达2600 Wh kg-1，是锂离子电池理论能量密度的3-5倍。然而金属锂负极容易形成枝晶带来安全隐患，此外金属锂的高活性、易燃等特点为锂硫电池带来了严重的安全隐患，从而使锂硫电池实用化困难重重。德克萨斯大学奥斯汀分校Arumugam Manthiram教授带领的研究团队研发了一种以硫化锂（Li2S）为正极、以铜箔（Cu）为负极的新结构体系的锂硫电池，有效地克服了锂的非均匀沉积、抑制了锂枝晶的形成，从而显著增强电池性能和循环稳定性。为了改善电极的导电性，研究人员将多壁碳纳米管（MWCNT）与Li2S纳米颗正极粒进行复合。扫描电镜测试结果显示，Li2S纳米颗均匀分散在多壁碳纳米管组成的三维网络，这有利于为电子传输提供快速通道，同时大量的孔隙能够让电解质与电极进行充分接触，让活性材料更多地参与电化学反应，有助于电池性能的提升。随后研究人员将其作为正极分别与传统的Li负极、 以及无负极Cu箔组装成完整的电池（分别标记为Li || Li2S和Cu || Li2S）进行对比研究，结果显示在C/10倍率下，两种电池的初始放电比容量相近，采用传统LiF负极的Li || Li2S电池经过50次循环后，电池容量出现大幅衰减几近于零，平均库伦效率不到50%；相反，采用无负极Cu箔Cu || Li2S则展现出极其优异的循环稳定性，经过100次循环次数后仍可保持初始容量的50%以上，且平均库伦效率高达97%。为了探究两种结构电池性能差异的缘由，研究人员对电池充放电中间产物进行了一系列测试，发现Li || Li2S放电产物是不可逆的多硫聚物，且电极表面出现了大量凹凸不平的Li枝晶，堵塞了电极孔洞，同时消耗Li电极活性物质，导致电池性能衰退；而Cu || Li2S电池放电中间产物是高度可逆的过硫化锂（Li2S2）和Li2S，抑制了Li枝晶和多硫聚物穿梭，因此Cu || Li2S电池具备了更加优异的循环稳定性和寿命。该项研究制备新型的Li2S正极以替代传统的S正极，在此基础上构建了全新结构的Cu || Li2S电池，有效地抑制了锂枝晶的形成，克服了多硫聚物穿梭效应，从而增强了电池性能和循环寿命。为设计和开发高性能的锂硫电池提供了新的路径。相关研究工作发表在《Advanced Energy Materials》。

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发布时间: 2019-01-03

17. 无负极的双盐液态电解质锂金属电池展现长循环寿命

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锂金属电池因为具备了比传统锂离子电池更高的能量密度，被认为是最具发展潜力的下一代电池技术。然而锂枝晶生长导致电池性能寿命衰退，锂过量使用限制了能量密度的提升，阻碍了该电池技术的实际应用。解决枝晶问题的传统思路是采用固态电解质替代液态电解质，但是目前效果甚微；而减少锂的用量更是困难重重。 加拿大达尔豪斯大学的J. R. Dahn教授课题组设计了一种基于无负极（即负极只采用铜集流体，锂在第一个充电循环时从正极分解出来沉积到铜集流体表面形成锂金属层充当电极）和液态双盐电解质的锂金属电池，实现了90余次的稳定循环，是迄今为止无负极锂金属电池的最长循环寿命。由于没有使用过量的锂，因此电池体积可最小化，能量密度也实现了最大化。此外，由于利用的是传统液体电解质，意味着可以利用现有成熟的锂电池生产线快速投入生产，大幅降低时间（开发新固态电解质）和经济成本。研究人员分别制备了六氟磷酸锂（LiPF6）、六氟硼酸锂（LiBF6）单盐液体电解质和二氟（草酸根）合硼酸盐（（LiDFOB）/LiBF4）双盐液体电解质，随后以上述电解质分别组装三种无负极的锂金属电池器件。容量保持测试显示采用单盐电解质的电池器件仅仅经过不到15次循环后容量便下降到80%以下，而采用双盐电解质的电池器件经过50次循环后依旧保持了97%的初始容量，循环80余次仍旧可以保持80%的初始容量，这是目前为止无负极锂金属电池的最长循环寿命。为了探明潜在的作用机制，研究人员采用扫描电镜对循环前后的电池电极进行表征，发现采用单盐电解质的电池电极出现了大量的锂枝晶；相反，采用双盐电解质的电池电极循环后表面没有观察到锂枝晶，而依旧呈现光滑的形貌，是由直径为50 μm紧密堆积的锂畴组成。研究人员进一步采用核磁共振（NMR）观察双盐电解质在循环过程中变化情况，发现电解质盐在循环过程中连续被消耗，这是电池稳定性逐步变差的重要原因，而这也是研究人员下一步将重点开展的工作，即优化液体电解质，有效抑制消耗，进一步提升电池循环稳定性。上述实验结果表明，使用目前已经成熟的液体电解质体系可以实现锂金属电池的稳定循环，而这有助于借用现有的成熟生产流水线快速投入生产，以降低成本。 该项研究设计了双盐液态电解质并在此基础上制备了无负极锂金属电池，实现了无负极锂金属电池迄今最长的循环寿命，表明了采用当下成熟的液态电解质也可以实现锂金属电池的稳定循环，而这意味着现有的制造设备可快速投入使用，大幅降低生产成本，有助于加快锂金属电池的商业化进程。相关研究成果发表在《Nature Energy》。

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发布时间: 2019-12-01

18. 先进能源科技动态监测快报2020年第16期

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决策参考 国际能源署分析新冠疫情危机对洁净能源发展影响 2 欧盟发布能源系统集成战略打造绿色智慧综合能源系统 4 欧盟委员会发布欧洲氢能战略提出三步走路线 7 美国能源部发布“储能大挑战”路线图草案 10 项目计划 DOE资助6400万推进氢能规模化应用技术研发 11 NEDO成功验证全球首个干式低NOx排放氢燃气轮机技术 12 英国投入4000万英镑开发下一代核能技术 13 前沿与装备 上科大构建全球首个效率超20%的CO2还原人工光合系统 15 热敏性晶体材料助力热化学电池创造相对卡诺循环效率纪录 16 双盐电解质显著提升无负极锂金属电池性能和循环稳定性 17

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发布时间: 2020-11-09

19. 欧洲深部地热技术创新平台发布战略研究与创新议程

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近期，欧洲深部地热技术与创新平台（ETIP-DG）发布深部地热战略研究与创新议程 ，确定了欧盟在地热领域未来数十年的研发优先事项，以到2050年实现欧盟的深部地热发展愿景。ETIP-DG由欧盟委员会在“战略能源技术规划”（SET-Plan）框架下于2016年创建，汇集了工业界、学术界和行业协会的代表，涵盖深部地热勘探、生产和利用的价值链，旨在降低深部地热发电的总成本以推进其商业应用。本议程共提出了5个领域的关键挑战：地热资源预测与评估；资源获取与开发；热电联产与系统集成；地热能技术开发政策研究；知识共享平台。具体将开展的研发重点如下： 一、地热资源预测与评估 1、改进钻探前的地热资源勘探。开发改进地热储层结构成像和岩石及流体性质的经济高效勘探方法：使用重力勘探、电磁勘探、无源地震勘探、2D-3D-4D反射地震勘探等勘探技术，降低勘测成本，提高地下成像分辨率；改进监测地表异常的遥感技术；开发结合计算科学和地质、地球物理、地球化学勘探的综合方法；开发流体通道、热流和压力评估的先进方法；储层温度、化学和流动特性、地震活动、联合场采集和增强数值联合反演的评价方法；勘探阶段评估地震诱发条件的技术。 2、先进调查和监测技术。改善地热开发全过程中的储层性能表征，主要包括：通过现场数据延时分析增强储层信息；提高钻孔地球物理技术（例如垂直地震剖面、可控源电磁法、光纤方法）以及原位地质和地球物理特性井筒测量技术的效率；原位流体监测；高温示踪剂技术；测井综合解释；高温和恶劣条件下的创新传感器；先进的数据采集、计算和处理，以及地表探测数据的综合解释；联合反演和建模，并与勘探和现场监测目标相结合；开发利用现有数据的技术（如智能再处理）。 3、开发勘探工作流程（概念模型、储层特征、性能和决策模型）。开发不同地热资源的最佳勘探工作模型，主要包括：概念模型和储层表征模型标准化；开发表征不同类型储层的预测模型；开发性能模型以及决策和风险管理方法；应用信息价值方法示范投资组合；自适应技术和组织方法实现躺井的再利用。 4、建立勘探目录（类比储层、岩石特性和模型约束）。建立岩石特性、裂隙网络特征和流体-岩石相互作用特征目录，改进多尺度、多学科和基于场地的概念模型和储层表征能力，主要包括：结合油气藏勘探和生产数据建立和扩展岩石特性数据库；开发不同地热储层的参考模型；开发新的扩大勘探规模的方法；通过特性与尺度的经验关系进行地质统计学储层构造与表征；构建多尺度参考地图和模型，为区域和场地模型提供约束，集成地球物理、实验室和结构模型；建立流体-岩石相互作用数据库，在油气/地热流体环境下为岩石特性变化提供约束条件。 5、评估资源潜力。开发欧洲统一的资源潜力评估工具和方法，主要包括：超高温地热系统资源的勘探方法，以及对超常规温度地热资源特性和过程的深入理解和预测模型；开发理论和实验方法以估算脆性/韧性条件下岩石物理和机械性质；分析深层超高温流体和枯竭油气储层获得低温地热资源；EGS资源勘探方法，以及对超常规深层地热资源的特性和过程的深入理解和预测模型；开发和测试勘探方法以探测合适储层条件；研究海上岩浆、地质再勘探和联合开采资源等新型资源。 二、资源获取与开发 1、机器人钻井技术。开发控制和/或自动化钻井技术以缩短时间并减少对井的破坏。技术领域包括井下传感器、双向通信通道、数据分析、机器学习数据库、自动化算法和地面控制处理硬件和软件。可能开发的技术包括用于地热钻探的新硬件和软件设备，以及集成井下测量和地面控制以实现地热钻井过程的自动化。 2、快速钻井技术。开发用于地热的高效岩石破坏技术并将井下测量与钻井技术相结合。主要包括：开发硬岩钻井方法，避免钻头磨损，并具有高穿透率（ROP > 5m/h）；研究和优化岩石破坏准则；使用基于机械特性的下部钻具阻尼系统减轻钻柱振动；开发更高穿透率、更低钻压和更小扭矩的混合钻井系统；下部钻具的设计和测试；开发和测试用于结晶和硬岩的径向钻孔技术并进行钻孔设计；快速钻井的现场示范。 3、绿色钻井液。开发配置新型钻井液的技术和环保材料，可用于（超热）地热储层或与新型钻井方法相结合。重点关注纳米材料、聚合物、可生物降解聚合物、传热研究，以及基于模拟数据、实验室实验、现场试验和相关环境测试开发先进钻井液配方。 4、可靠的套管和固井材料。主要包括：耐腐蚀外壳的新型低成本解决方案；开发包覆层以降低成本；验证和示范新型耦合技术以降低套管破裂率；开发新型水泥配方以改善传热等问题，降低预热期间套管应力和应变，确保恶劣条件下的有效硬化和稳定；地热开发过程中套管柱情况的研究和分析；研究和分析材料及连接行为，以选择合适的材料；开发模拟地热环境的套管钻井测试设施；制定地热井的设计和维护标准。 5、钻井期间的监测和测井。通过创新的井下记录和通信方法改进地热钻井期间的信息获取，主要包括：高温和/或高压条件下运行的工具；在大斜度水平井中操作的工具；随钻测量技术，如随钻地震系统；储层非均质性、井眼波和混响分析；井间数据采集技术；高分辨率图像数据表征目标区域岩石；实时数据处理和解释以更精确调整钻井过程中井眼轨迹目标；实时井下-地面传输，如泥浆脉冲、电磁、钻杆声波；地面同步井下存储记录仪；通过在下部钻具上方使用先进减震器技术减少钻柱振动；低成本非侵入性技术以加快高风险条件的地下数据收集。 6、地热井高温电子设备。开发用于高温地热井的电子设备和传感器，确保可靠的钻井测量并实现随钻测井，主要包括：耐175-300℃的高温电子元件；改进的隔热罩以及电子设备和传感器冷却技术，可使用标准电子设备；将高温传感技术（例如光纤）集成到井的设计中。 7、增强型地热开采的有效和安全技术。用于EGS的特殊井道概念设计，研发联合增产技术以改善性能并降低地震风险。通过现场测试证明和改进上述及类似技术的有效性，研究激发技术的可持续性和影响，通过实验室和现场测试来评估“全钻井”热提取概念的可行性。 8、完全回注和绿色发电。不可冷凝气体回注系统的实验室测试和建模；开发混合井储层模拟器等计算工具；特定场地完井设计；开发创新系统以避免/减少发电厂中断供电期间地热流体向大气的排放；放射性物质处理；研究和开发酸性高压高温环境下设备的新材料。 9、减少腐蚀和结垢，优化设备和组件寿命。结垢和腐蚀的评估、监测和控制研究；预防地热储层和环境结垢及腐蚀的化学品的演变研究；在线测量水垢形成的连续、非破坏性、非侵入性定量和定性方法；规模化缆线清洁作为连续使用阻垢剂的替代或补充方案；开发稳定的示踪剂以监测流动路径，确定高温和超临界储层的岩石体积和水-岩石传热面。 10、有效的资源开发。提高控制和预测地热发电厂管理效率的能力，重点关注：储层管理策略和生产潜力预测；流体管理、设备保护和减少排放；生产系统设计优化和环境影响最小化；非常规和混合系统的设计及性能预测；发电厂综合设计和管理；特定情景的成本效益预测分析。 11、增强型生产泵。提高生产泵效率和寿命以确保地热生产可靠性，并开发避免井区域中两相流动的工具，提高开采经济性。主要包括：开发耐高温、高效的电潜泵技术；电潜泵地热密封装置；提高不同供应商的电潜泵组件的兼容性；改进封闭式注射泵技术；高矿化和盐水储层的可靠利用；在泵技术部门及相关活动领域建立欧洲范围内的合作。 三、热电联产及系统集成 1、先进二元系统。降低发电成本：新的外形和布局设计，低成本组件材料，减少电厂占地面积和整体成本；发展计算流体动力学技术提高涡轮机平均效率；亚临界和超临界机组中使用新的流体混合物提高净循环效率；新型多级配置减少热量浪费；降低电厂配套设施成本；扩大发电规模。改进二元系统特定组件：改进热交换器的材料、表面结构和涂层以增强传热和减少结垢，改进空气冷却器/冷凝器提高冷却系统效率；低温地热源的混合冷却二元循环，创新级联概念集成热/冷供应。 2、创新设计并将二元循环技术集成到新的和现有的闪蒸电厂。通过将二元系统集成到地热闪蒸电厂以提高转换效率，包括：有效降低成本，增加二元电厂产能；根据瞬时负荷需求开发电网整合控制方法；电网运营商的远程控制；二元电厂与闪蒸电厂的集成方法。 3、高温二元发电厂。通过优化电厂设计，深入研究地热流体化学，采用合适的高阻材料防止腐蚀，将二元发电技术用于高温地热资源。 4、开发超高温地热系统。主要包括：示范可靠的流体处理和蒸汽净化方法；示范适用于商业开发的可靠地面设备；示范超高温地热井发电；示范湿式洗涤蒸汽净化方法；优化湿式洗涤方法以提高整体热量或功率转换效率；井下湿式洗涤以提高地面设备可靠性；干式洗涤以提高发电效率；测试或开发极端高温和高压环境的新材料和耐腐蚀设备。 5、提高地热发电厂灵活性。主要包括：调整膨胀机/涡轮机和其他组件；改善发电厂的模块化设计；优化地热源、二元发电厂和区域供热网络的连接配置；为特定场景（如岛屿）的智能电网提供不同电压电力。 6、高温储热。主要包括：集成储热以应对热需求和热供应变化；开发控制系统以管理热量和电力生产、热量需求和存储。 7、开发混合发电厂。主要包括：利用余热或非地热资源提高地热盐水温度的新型地热发电厂；利用地热稳定波动性发电的混合发电厂；地热与其他能源在工业和/或住宅区的区域供热和制冷结合的示范。 8、地热资源矿产开发。主要包括：提高分离技术的选择性和效率；开发从地热盐水中提取化学成分并转化为高价值产品的新型技术；开发利用地热盐水化学能源潜力的技术；将分离技术整合到地热工厂中。 9、智能电网不同电压下的地热发电。主要包括：开发电力系统转换器和相应控制系统以将地热发电厂连接到低压和中压电网；整合中/长期储能系统（储电和储热）；开发小型和分布式地热发电厂新概念。 四、地热能技术开发政策研究 在欧盟和国家层面制定地热能开发政策，以促进地热市场的发展和领域的创新渗透。重点关注：研究和评估地热的经济激励和支持机制；解决和量化勘探风险，开发减轻风险的金融工具；促进地热与自然环境的融合；基于“循环经济”概念进行开发；开展针对公众参与和接受的研究；确保地热能的专业技术和人力资源，培养下一代地热研究力量。 五、地热能知识共享平台 通过开发信息平台，在欧盟层面创建标准和通用数据模型，促进欧洲层面的地热信息获取。将共享相关数据和衍生模型以降低勘探成本并管理技术和财务风险，通过大规模示范和部署以验证创新地热概念及其在能源系统中的集成。

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发布时间: 2019-08-06

20. 二维石墨烯氧化物纳米片涂层有效解决锂枝晶问题

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锂金属电池是一款极具前景的高能量密度电池，其理论比容量高达3860 mAh/g，近10倍于锂离子电池。然而，锂金属电池存在一个致命缺陷，那就是在充放电过程中会产生大量枝晶，从而刺穿隔膜会引起电池短路，导致性能衰退甚至燃烧爆炸，因此亟需研究抑制锂枝晶生长的方法。 由伊利诺伊大学芝加哥分校Reza Shahbazian-Yassar教授课题组牵头的联合研究团队制备了新颖的二维石墨烯氧化物纳米片薄膜，作为保护层涂覆在玻璃纤维隔膜上，有效地抑制了锂枝晶的形成，从而显著地增强电池性能和循环寿命。研究人员通过喷雾热解方法将二维石墨烯纳米片（GOn）涂覆在玻璃纤维隔膜（GF）上，随后通过真空干燥处理，形成GOn修饰复合隔膜GOn-GF。扫描电镜表征显示，GOn均匀地嵌入到玻璃纤维GF的空隙中，从而有效地避免了GOn的堆叠和脱落，形成致密的二维涂层薄膜覆盖在GF表面，有助于锂离子快速传输。随后研究人员将制备的GF、GOn-GF隔膜应用于锂金属电池，并开展电化学性能测试进行对比研究。测试结果显示，在2 mA cm−2充放电电流密度下，采用无GOn修饰的GF隔膜电池经过80次循环后，电池容量就衰减了20%，但而当进一步增加循环次数到115次后，电池容量大幅衰减至初始状态的20%，库伦效率为80%；相反，采用GOn-GF隔膜的电池在经过160次循环后，电池容量仍可维持初始状态的83%以上，库伦效率接近100%，展现出更加优异的电池性能和循环稳定性。通过电化学阻抗谱测试发现，无GOn修饰的GF隔膜电池内部的界面传输电阻高达170 Ω，且循环后电池阻抗增加到了250 Ω，这主要是由于锂枝晶形成诱导高阻抗的固态电解质膜所致；相反，采用GOn-GF隔膜的电池内部界面传输电阻仅为70 Ω，且不会随着循环增大。研究人员指出，GOn-GF隔膜的电池性能提升主要得益于两方面改善，一是GOn-GF隔膜中二维石墨烯纳米片为锂离子提供了快速的传输通道增强电池充放电性能，二是有效地抑制了锂枝晶的形成增强了电池循环寿命。更为关键地是，该GOn涂层薄膜制备工艺简单、易于规模化且成本较低。 该项研究针对锂金属隔膜设计合成了新型的二维石墨烯氧化物纳米片保护涂层，增强锂离子的传输、抑制了锂枝晶的形成，增强了电池性能和循环寿命。为设计和开发高性能的锂金属电池提供了新的路径。相关研究工作发表在《Advanced Functional Materials》 。 （郭楷模）

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发布时间: 2018-05-27

21. 欧洲能源研究联盟发布核能材料战略研究议程

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近期，欧洲能源研究联盟（EERA）发布《可持续核能材料战略研究议程》 ，确定了欧盟将要开展的核能材料研究路线，以确保为欧盟第四代核反应堆的设计、许可、建设和安全长期运行提供合适的结构材料和燃料材料，促进第四代核反应堆的商业部署。本次议程提出了重点开展结构材料和燃料材料两个主题研究，具体内容如下： 一、反应堆结构材料研究 1、材料的性能机理研究 （1）金属材料的高温力学行为和性能衰退研究：实验和模拟结合研究金属材料（奥氏体钢、马氏体铁素体双相钢、镍基合金等）的高温蠕变特性，分析材料的蠕变机制，金属材料的循环塑性和疲劳测试研究，并收集相关实验数据；开展金属材料的蠕变-疲劳损伤及断裂机制分析；金属材料高温强度研究。 （2）冷却剂和结构材料的环境匹配性研究：针对液态金属（如奥氏体钢）冷却，开展液态金属的腐蚀核防护技术研究；液态金属脆裂失效机制研究。 （3）结构材料辐射效应：针对结构材料的辐射损伤问题如辐照肿胀与蠕变现象、辐照硬化与脆化、辐照疲劳与蠕变相互作用等开展系统研究，以研究出相关的防护技术提升材料的使用寿命。 （4）焊接件质量评估：研究焊接件在反应堆的温度、压力和强辐照条件下的稳定性和相容性问题，提升焊接工艺，改进焊接质量。 2、先进结构材料的模型和表征 （1）结构材料的微结构和微化学演变研究：对高温高压高辐射环境下材料的微观组织、结构变化过程（如辐射硬化和脆化、辐射诱导的材料组分分离和沉积等）进行表征和研究。 （2）辐照后的材料机械行为研究：利用高能离子束模拟研究，了解和预测辐射损伤诱发的结构材料物理机械性能下降（如循环塑性和疲劳、蠕变-疲劳损伤相互作用）的复杂机械行为。 （3）材料断裂机理研究：开发计算机模型，动态拟合材料断裂整个过程，探究材料起裂、裂缝传播作用机理。 （4）陶瓷/复合材料性能研究：利用先进的成像和计算机模拟技术对反应堆使用的陶瓷材料/复合材料的耐高温、耐腐蚀、耐辐射的物理化学特性进行测试研究。 3、先进结构材料研发 （1）结构材料制备工艺：开发更加高效、简洁、经济的结构材料制备工艺（如可以引入3D打印技术），减少材料的制造周期和成本。 （2）奥氏体钢性能改善：通过添加少量的添加剂，减少点缺陷，开发出辐照肿胀和热膨胀系数更低的奥氏体钢，降低材料的抗辐照肿胀性。 （3）马氏体铁素体双相钢（F/M钢）：开发新的制备工艺，制造出具备耐高温、良好的抗辐照肿胀性的氧化物弥散强化F/M钢；开发新的氧化物弥散强化F/M钢焊接工艺；研发新的防氚渗透耐蚀绝缘涂层材料。 （4）SiC核包壳材料的开发和性能分析：开发高性能的SiC核包壳材料，发展标准化的测试手段（如利用扫描电镜、透射电镜、热导率表征手段等）来研究中子辐照SiC核包壳材料缺陷分析；探究材料的抗高温氧化性能和抗腐蚀性。 （5）耐火合金材料：研发新的Mo元素掺杂的V-Cr-Ti合金熔炼制备技术，提升材料的高温强度（耐火性）、抗中子辐照肿胀、耐腐蚀特性等。 （6）新型核结构材料：研发新型、能够抵抗更高温度和更大辐照剂量的多元高熵合金材料，探索不同元素组合对材料性能的影响；通过对材料组分和材料微结构的调控，改善新型MAX相结构材料（即新型三元陶瓷材料）的耐腐蚀、抗辐照和耐高温性能。 二、反应堆燃料材料研究 1、材料性能机理研究 （1）高熔点核燃料材料：开发熔点更高、物理化学性质稳定的新型燃料棒材料，提升安全裕度。 （2）原子传输和微结构演化研究：探究辐照环境下，核燃料点缺陷的形成、扩散行为机理研究；探究在核反应堆环境中材料微结构的演变规律，及其对结构稳定性、力学性能特性影响。 （3）裂变产物研究：针对反应堆本体一回路裂变产物（如氦、氪、氙等放射性气体以及其他放射性微粒等）开展产物的微观行为的多尺度研究，探明裂变产物的微观行为机制； （4）核燃料包壳相互作用研究：由于包壳面临核燃料芯体，包壳内壁受到裂变气体压力、腐蚀和燃料肿胀以及吸氢致脆等包壳与芯块的相互作用等危害，任其发展可导致包壳破损，引起安全问题，因此需要对此开展研究，探索解决方案。 2、核燃料材料的模型和表征 （1）核燃料熔点研究：利用激光加热手段来研究不同组分对核燃料熔点的影响；用量热法研究各种非化学计量比的燃料样品的熔点；利用仿真模拟方法从原子尺度计算不同组分对材料熔点的影响。 （2）辐射缺陷和原子输运：综合利用各类表征手段，如量热法、电导率测试、拉曼光谱等，研究各种非化学计量比核燃料材料辐照点缺陷形成和扩散机理研究；利用仿真模拟方法从原子尺度计算不同组分对材料辐射缺陷形成的影响。通过热量测试，研究辐照增强扩散效应的研究。 （3）裂变产物研究：通过热量测试，对不同组分核燃料裂变产物（如氦、氪、氙等放射性气体以及其他放射性微粒等）的辐照增强扩散行为进行研究；开发相关的仿真模型研究裂变产物的热力学行为。 （4）机械特性研究：开发相关仿真模型从原子尺度研究辐照肿胀和蠕变对材料机械性能的影响，并开展相关的实验研究。 3、先进核燃料材料开发 （1）氧化物核燃料：开发新工艺，通过组分调控优化进而实现对微结构的调控，制备高性能的钚铀混合氧化物核燃料，提高资源的利用率，解决核燃料资源不足的问题。 （2）新型燃料开发：开发新型的氮化、碳化铀系核燃料，并通过完整的物理、化学、机械等测试手段对新材料性能进行全面的表征。研究新燃料和包壳及冷却剂之间的相互作用。开发热化学模型，研究核燃料氧化机制。关注熔盐反应堆，开发新型熔盐以更有效地加载核燃料和发挥冷却效果（熔盐自身既是加载核燃料的载体，同时也是冷却剂）。

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发布时间: 2019-08-05

22. 先进能源科技动态监测快报2020年第02期

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决策参考 欧盟发布《欧洲绿色协议》打造全球首个碳中性循环经济体 2 国际可再生能源署分析先进生物液体燃料发展面临的挑战 4 欧洲光伏产业协会：未来5年欧盟光伏发展前景持续向好 6 项目计划 欧盟FCH-JU投入9300万欧元支持氢能和燃料电池研究 9 DOE资助7500万美元开发高产生物能源作物 11 DOE资助1500万美元支持碳利用技术研发 12 前沿与装备 钙钛矿量子点助力量子点太阳电池创下16.6%世界纪录 12 低成本无隔膜锌锰液流电池展现出规模化储能应用潜力 13 具备亲水和疏水双通道异质催化剂实现高效CO2催化还原 14

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发布时间: 2020-03-30

23. 扩大层间距增强水系锌电池倍率性能和循环稳定性

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水系锌离子电池具备储量大、理论容量高、氧化还原电位低、水中稳定性好等优点，且相比锂离子电池成本更低、更安全，成为了锂离子电池潜在的替代电池技术，引起了广泛关注。但锌枝晶生长、缺乏合适的正极材料等问题阻碍了该电池技术发展。新加坡南洋理工大学Qingyu Yan教授课题组利用简单的原位化学反应在五氧化二钒（V2O5）电极中引入混合价态、增加层间水含量、增加了层间距，从而提升了V2O5电极离子扩散速度和锌离子储量，进而增强了电池倍率性能和循环稳定性。 研究人员将水合肼与V2O5（VO）溶液进行混合使其发生部分的氧化还原反应，以在V2O5中引入更多层间水，增大了层间距，获得了含有层间水的复合V2O5-H2O（VHO）电极，扫描电镜显示整个复合电极呈现三维的空间网络结构，由厚度约15 nm纳米片单元组成。高分辨的透射电镜显示，VHO电极晶格面间距增加到了14 埃（VO电极为11.6 埃）。这种大层间距三维网络结构有助于电解液和电极充分接触、有助于离子快速传输和离子高容量存储。近边X射线吸收精细结构（XANES）测试发现，VHO含有V4+和V5+两个混合价态，相比之下VO只含有V5+价态，混合价态有助于提升材料的导电性。此外由于混合价态存在，材料中也会产生氧空位，而氧空位的存在有助于离子快速传输和保持材料结构稳定性。除了上述正极，研究人员还设计合成了锌/不锈钢网复合材料（Zn-SS），扫描电镜显示Zn-SS同样呈现出三维网络结构，这有助于抑制锌枝晶的生长。随后研究人员以VHO或者VO为正极、Zn-SS或者Zn为负极组装成一系列水系锌离子电池，研究电极对器件性能的影响。实验结果显示，相比纯Zn，Zn-SS复合电极具有更低的极化和更长的循环寿命，主要原因是Zn-SS具有比Zn更均匀的Zn沉积/剥离性能，即锌枝晶生长得到了有效抑制。在0.1 A/g电流下进行恒电流充放电循环测试，结果显示基于VHO正极电池放电比容量达到了450 mAh/g，远高于没有层间水的VO电极器件（352 mAh/g）。而将放电电流增大到100倍时（10 A/g），VHO电极电池依旧可以获得222 mAh/g的比容量，而VO电极比容量大幅减少到127 mAh/g。且VHO电极电池循环3000余次后仍可保持72%的初始容量，而VO电池仅保持初始容量的51%。VHO电极优异性能主要归因于具有混合价态，含有更多层间水（更大的层间距）以及有效锌枝晶抑制。研究人员还进一步构建了半固态水系锌离子电池，实验结果表明其同样具备了优异倍率性能和循环稳定性。 该项研究通过简单的原位氧化还原反应在V2O5电极中同时引入混合价态和层间水，增强了电极离子传输，提升了储锌容量和电极结构稳定性，同时Zn-SS复合电极有效地抑制锌枝晶，上述多重效益叠加增强了电池的倍率性能和循环稳定性，为设计开发高性能高安全性的锌离子电池提供了全新的解决方案。相关研究成果发表在《Nano Energy》 。

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发布时间: 2019-08-05

24. 先进能源动态监测快报2017年第12期

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决策参考 IEA：加速能源技术变革促进全球能源系统转型 2 IEA评估清洁能源技术部署进展 7 IAEA：2016年新增10座反应堆并网核电装机创历史新高 9 项目计划 DOE资助近6700万美元用于先进核能技术研究 10 DOE资助7200万美元支持小企业研发创新项目 12 前沿与装备 NETL高效低排放化石燃料燃烧发电技术取得重要进展 13 新型电催化剂实现光驱动二氧化碳高效还原 14 新型树枝大分子-石墨烯氧化物复合电极增强锂硫电池循环寿命 15 还原石墨烯修饰的过渡金属硫化物实现廉价高效电解水产氢 16

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发布时间: 2017-07-07

25. DOE向Coal FIRST计划投入1亿美元开发未来燃煤电厂

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4月12日，美国能源部（DOE）宣布向“Coal FIRST”计划投入1亿美元 ，旨在开发未来先进煤电厂，为美国消费者提供安全、稳定、可靠的近零排放电力。DOE于去年11月公布了“Coal FIRST”计划 ，目的是开发灵活（Flexible）、创新（Innovative）、弹性（Resilient）、小型（Small）、变革（Transformative）的适用于未来能源系统的先进燃煤电厂。此类电厂将具备如下特点：（1）能够灵活运行以满足电网需求；（2）使用创新的先进组件，提高效率，减少排放；（3）为美国提供灵活的电力；（4）比目前的传统公用事业规模燃煤电厂的规模小；（5）改变煤电技术的设计和制造方式。“Coal FIRST”计划及本次资助详情如下： 一、“Coal FIRST”计划 “Coal FIRST”计划开发超越当今最先进的新型煤炭发电技术，使燃煤发电厂更适应现代化的电网。该计划将把电厂关键组件的研发与现有技术整合到先进的系统中。通过技术创新和设计及制造方法的改进，开发超越目前公用事业规模发电厂性能的新型先进燃煤发电原型系统。“Coal FIRST”计划所设想的未来先进煤电机组将具备如下特征： 1、整体效率高（满负荷时为40%（HHV）以上，在需求负荷内效率降低尽可能少）； 2、体积小（单位面积约为50至350 MW），可最大限度利用高质量、低成本的车间制造的优势，降低现场施工成本，并缩短项目周期； 3、近零排放，可选择考虑不排放或少量排放二氧化碳（排放水平等于或低于天然气发电技术）的设计，或者在不进行重大电厂改造的情况下进行碳捕集改造； 4、高爬坡率和最小载荷，可适用于2050年高比例可再生能源发电的情况； 5、集成热量或其他能量存储（如化学品生产）技术，以提高运行效率并降低设备损坏几率； 6、最大限度地减少用水量； 7、通过利用先进工艺和模块化设计的方法，缩短电厂设计、构造和调试时间； 8、增强维护功能，包括通过监控和诊断技术的进步减少维护，并最大限度地减少强制停机； 9、与煤炭提质或联合发电等技术整合； 10、可进行天然气混合燃烧。 基于上述目标，“Coal FIRST”计划将重点关注以下关键领域：（1）煤和天然气联合循环；（2）间接超临界二氧化碳（SCO2）循环；（3）先进超超临界蒸汽发电；（4）具有或不具有多联产（加压、氧吹和/或空气吹）的整体气化联合循环；（5）富氧燃烧系统（加压、空气、流化床或悬浮床）；（6）多联产概念；（6）直接合成气/热解气SCO2循环。 二、本次资助情况 本次资助的目的是开发“Coal FIRST”计划的未来燃煤电厂所需的关键组件，也可能包括开发相应的先进制造技术及工艺，具体资助公告将于今年8月或9月发布。本次资助主要关注的关键组件如下： 1、煤燃烧组件，如加压流化床燃烧、分级模块燃烧、加压富氧燃烧、化学循环燃烧、先进超超临界锅炉和用于SCO2动力循环的燃烧加热器； 2、用于燃煤、间接SCO2动力循环的单轴轴流压缩机/膨胀机； 3、用于燃煤、直接SCO2动力循环的集成燃烧器/膨胀机，带有内部叶片冷却； 4、气化炉、气化炉组件和/或空气分离单元； 5、10至50 kW合成气固体氧化物燃料电池（SOFC）模块； 6、其他组件，如传感器、控制器、储能装置、多联产装置、合成气发动机、先进底循环。 此外，DOE还宣布已经在“Coal FIRST”计划下选定了13个项目，总计资助195万美元进行未来燃煤电厂的概念设计，获得资助的机构为：8 Rivers Capital公司、阿勒格尼科技公司、Barr工程公司、CONSOL宾夕法尼亚煤炭公司、Constantem科技公司、Echogen电力系统公司、美国电力研究院、Hydrogen Energy California公司、Nexant公司、华盛顿大学、Wormser Energy Solutions公司。

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发布时间: 2019-08-05

26. 先进能源科技动态监测快报2017年第05期

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决策参考 2016年全球清洁能源投资规模下降 新增装机大幅增长 1 欧盟委员会发布废物能源化指导方针 2 SEAB提出CO2利用技术研发示范战略框架 3 GWEC：2016年全球新增54.6 GW风电装机容量 5 2016年欧洲海上风电投资创历史新高达182亿欧元 7 NEI：核电将在未来能源系统中扮演重要角色 8 项目计划 韩国2017年拟投资14万亿韩元发展新能源 9 DOE与比利时核能研究中心进行核能研究与开发合作 10 MIT和埃尼集团扩大能源合作 11 前沿与装备 MIT开展全球首个硫化物固态电解质的机械性能探究 11 韩科学家研发酸碱通用的廉价高效析氢电催化剂 12 新型三氯化铝/尿素电解质增强铝锂离子电池的库伦效率 13 表面复合是影响多晶钙钛矿太阳电池性能的关键因素之一 14

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发布时间: 2017-05-23

27. 先进能源科技动态监测快报2019年第16期

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决策参考 IEA：天然气是能源转型进程中有益的过渡能源 2 《Science》：太瓦级光伏将改变全球能源格局 5 项目计划 DOE宣布成立国家核反应堆创新中心 7 英国政府提出促进能源系统脱碳的新举措 7 DOE资助5000万美元开展新能源卡车和越野车研发 9 英国政府资助1900万英镑支持产业电气化发展研究 10 前沿与装备 空气环境大面积制备工艺加速钙钛矿太阳电池商业化进程 11 3D打印锂金属负极提升锂金属电池倍率性能和循环稳定性 12 氧化锰和纳米钴共修饰多孔石墨碳电极增强锌-空气电池性能 13 铜锌双金属催化剂实现二氧化碳到液态燃料高效催化转化 14

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发布时间: 2019-12-03

28. DOE资助4600万美元研发先进太阳能发电系统集成技术

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10月15日，美国能源部（DOE）宣布资助4600万美元用于支持先进太阳能发电系统集成技术研发项目 ，旨在推进太阳能发电系统集成相关技术（如先进预测技术、控制策略、实时监测系统、安全稳定的通信技术等）的研发创新突破和技术成果的快速转化，以有效地预警、检测、防御各类潜在的物理和网络安全威胁和攻击，增强太阳能电力占比日益增加的电网弹性和稳定性。本次资助项目着重关注两大技术主题，包括太阳能环境监测技术研发和转化，以及主动弹性技术解决方案研发、现场验证和成果转化，具体内容参见表1。 表1 先进太阳能发电系统集成技术项目具体研究内容 技术主题 研究内容 太阳能环境监测技术研发和成果转化 为部署在美国各地的太阳能发电系统开发先进的太阳能环境监测技术和工具（先进传感器、采集器等），以精确测量影响太阳能发电的各类环境要素（如太阳辐射强度、组件温度、风速、风向等），以及时准确地采集和分析各类数据，来提升太阳能发电系统弹性，更好地应对各类信息物理系统攻击以及自然灾害的影响，保障发电系统的稳定运行，以实现在大电网短中断时候可以有效为关键用电负荷正常供电，保障电网稳定运行和关键基础设施 主动弹性技术解决方案研发、现场验证和成果转化 针对太阳能发电系统开发主动弹性技术解决方案（包括热管集热器、相变材料蓄热、辅助热源、自动控制系统、互联技术），实现对太阳能光、热资源的可控采集、存储和转化，以应对太阳能本身的波动性问题，提升太阳能资源的利用效率，同时增强对潜在的信息物理系统威胁和自然灾害风险预防和防范能力，从而保障太阳能发电系统稳定和集成高比例太阳能电力电网的弹性，在技术成熟时候进行现场验证并推进商业化应用

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发布时间: 2019-01-04

29. IEA：2018年天然气需求猛增 未来五年将继续增长

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6月7日，国际能源署（IEA）发布《2019年天然气市场报告》 ，总结了2018年全球天然气市场发展现状，并展望了至2024年的发展趋势：2018年全球天然气需求增长了4.6%，是自2010年以来增速最快年份，几乎占全球一次能源需求增量的一半。到2024年，全球天然气需求预计将增长10%以上，超过4.3万亿立方米，中国将占到全球天然气需求增量的40%以上。报告要点如下： 1、2018年天然气需求创纪录增长，至2024年仍将保持增长 2018年是天然气的发展黄金期，其需求增长4.6%至3.9万亿立方米，是2010年以来的最大增长幅度，天然气在全球一次能源消费增量占比达到了45%。美国和中国是这一增长的主要贡献者。由于经济增长放缓，天然气取代煤炭的势头随之放缓，并基于北半球不会出现类似2018年夏季异常炎热天气的估计，预计未来五年全球天然气需求将以年均1.6%的速度增长，到2024年天然气需求将超过4.3万亿立方米。工业仍将是天然气需求增长的主要驱动力，年均增长3%，到2024年将占全球天然气需求增量的46%。受到可再生能源和燃煤发电的激烈竞争影响，电力部门的天然气需求增速将减慢，但到2040年仍将是天然气需求的最大部门，占总需求近40%。 2、以中国为主导的亚洲是全球天然气需求增长的关键地区 在中国和主要天然气生产国的带动下，几乎所有地区的天然气消费量都将增长。受到政府改善空气质量的目标推动，预计到2024年中国将占全球天然气需求增量的40%以上。由于丰富的天然气资源以及政府鼓励将天然气用于工业和发电，美国、中东和北非将占其余增长量的大部分。欧洲的天然气需求增长主要由于其煤电和核电厂被关闭，但增长将受到可再生能源扩张和建筑物供暖消耗减少的限制。然而，由于经济增长放缓，中国天然气需求将不会保持其前两年的强劲增长势头（2017年和2018年分别增长了14.5%和18.1%），到2024年的年平均增长率将降至8%。南亚国家将引领亚洲其他地区的天然气需求增长，孟加拉国、印度和巴基斯坦需求增长的主要来源是工业部门。 3、美国将引领全球天然气供应和出口增长 2018年美国天然气产量增长11.5%，是全球天然气产量增长的最大贡献者，也是其自1951年以来的最大增幅。中国、澳大利亚、俄罗斯和伊朗等主要生产国的产量也创下纪录。由于页岩气产量不断扩大，美国将继续引领全球天然气产量增长，预计到2024年美国天然气年产量将超过1万亿立方米，中国、伊朗和埃及等主要生产国的产量也将持续增加以满足国内市场需求。同时美国也将是天然气贸易增长的最大贡献者，到2024年美国、澳大利亚和俄罗斯将是天然气出口量增长的最主要来源。 4、全球天然气贸易扩张主要受液化天然气驱动 美国也是液化天然气（LNG）贸易增长的最大来源，如果卡塔尔没有确定的投资计划，美国将成为世界最大LNG出口国，到2024年将达到1130亿立方米。由于本国产能无法跟上需求增长，到2022年中国将成为世界上最大的管道天然气进口国，到2024年则将成为最大LNG进口国，预计2024年中国管道天然气进口量将增加一倍至1000亿立方米，LNG进口量则将达到1090亿立方米。其他新兴亚洲市场也在推动液化天然气贸易增长，LNG进口量将从2018年的810亿立方米增加至2019年的1550亿立方米。由于国内产量持续下降，欧洲的天然气供应缺口将扩大，荷兰格罗宁根油田的逐步淘汰以及北海油田枯竭将造成每年近50亿立方米的缺口，这将通过进口管道天然气和LNG来弥补。 5、LNG投资正在增加，但仍需更多投资 LNG出口项目投资在2018年出现反弹，但仍有不足，因为备用产能将在2020年后缩减导致市场趋紧。2019年将有大量项目的最终投资决策公布，共计可增加1500亿立方米/年的出口能力。近期的投资决策体现出LNG融资模式的改变，加拿大LNG、Tortue LNG和黄金通道LNG等项目正在没有长期合同支持的情况下持续推进。全球石油巨头和公用事业公司利用资产负债表进行融资，以替代传统的项目融资方式。此外，需要更多的LNG运输船才能使LNG运输市场在2022年之后保持平衡。 6、全球天然气市场价格正趋于一致 全球主要地区的天然气市场价格正在趋同，2018年第四季度以来，由于市场供应充足，地区之间的价格差距也在不断缩小，尤其是亚洲和欧洲之间。但由于季节性因素较强，亚洲现货市场价格波动范围仍较大。LNG贸易的扩大可能会促使天然气价格更趋于一致，但中国、印度和巴基斯坦等天然气消费和进口增长强劲的国家正在改革其国内天然气市场，其天然气价格在2018年和2019年进行了几次调整，目标是更加接近国际天然气价格，并促进对国内生产的投资。一些生产国也正在实施类似的改革。

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发布时间: 2019-09-18

30. 先进能源科技动态监测快报2019年第23期

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决策参考 国际能源署发布至2024年可再生能源市场展望报告 2 NETL评估先进燃煤发电和天然气发电性能及成本 6 世界能源理事会预测2030年全球储能市场发展趋势 11 项目计划 DOE拨款4000万美元开展能源前沿研究中心第四轮资助 13 ARPA-E部署新项目推进数字技术在能源领域应用研究 14 英国资助1650万英镑开展住宅供热电气化示范项目 16 前沿与装备 过渡金属碳化物@铂核壳电催化剂实现万次循环稳定性 17 调控原子溶解度与无序程度制备高能量密度富锰电极材料 18 CoS@CuxS双壳纳米盒正极呈现高储钠特性增强电池性能 19

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发布时间: 2020-02-28

31. 先进能源科技动态监测快报2020年第11期

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决策参考 欧盟公布“绿色协议”研发资助主题草案 2 WIPO：绿色能源技术创新乏力 各国需加大支持力度 5 IEA评述后疫情时代关键矿产原料供应对清洁能源发展影响 8 项目计划 DOE资助3200万美元支持低成本核聚变技术概念研究 11 ARPA-E支持电网管理与风险评估系统开发 13 DOE资助3800万美元推进先进水力涡轮机研发 14 前沿与装备 双层空心结构催化剂实现高效可见光驱动CO2催化还原 15 三维结构集流体生成液态硫提升锂硫电池性能 16 新型离子液体电解质显著提升锂金属电池性能和安全性 17

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发布时间: 2020-08-05

32. BP：全球能源需求依旧旺盛 能源低碳转型道阻且长

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6月11日，英国石油公司（BP）发布《世界能源统计年鉴2019》1F 指出，在天然气和可再生能源需求增长的带动下，2018年全球能源消费强劲增长；受此影响，全球能源相关的碳排放也强劲增长，创下了近7年来的最大增幅。全球能源系统绿色低碳转型进程缓慢，与《巴黎气候协定》承诺的发展目标仍然存在一定差距，能源系统绿色转型任重道远。报告要点如下： 1、概览 2018年，全球一次能源消费强劲增长2.9%（2017年为2.2%），几乎是过去十年平均值（+1.5%）的两倍，是自2010年以来最快增速。所有能源资源消费均出现增长，而且除可再生能源外，其他能源资源的消费增速都超过了过去十年的平均值。其中天然气消费增量最大（+1.67亿吨油当量，同比+5.3%），其次是可再生能源（+7100万吨油当量，+14.5%），石油（+5500万吨油当量，+1.5%）和煤炭（+5300万吨油当量，+1.4%）位列三、四位。就国家而言，中国、美国和印度是去年全球能源需求增长的主要驱动力，三国合计增加的能源消费量占到全球增量的近三分之二。其中美国能源消费需求强劲增长了3.5%，占2018年全球一次能源消费增量的20%，扭转了近10年来下降趋势（过去十年平均增速为-0.4%），创下近30年来的最大增幅，主要原因是去年美国遭受更长的酷暑和严寒季节，导致供暖和制冷的能源需求大幅增长。同期，中国能源消费需求增长了4.3%，略高于过去十年平均值（3.9%），增速有所放缓，主要原因是中国经济结构调整和清洁能源政策大力实施，使得能源密集型产业（如钢铁、水泥等）能源消费显著下降；尽管如此，中国依旧是全球第一大能源消费大国，2018年其能源消费增量占到了全球净增量的三成以上（34%）。全球碳排放量在2018年强劲增长了2%，已经连续两年增长，两倍于过去10年的平均增幅（1%），也是过去七年来最快增速。 从燃料类型来看，2018年石油仍是全球一次能源消费结构中占比最高的燃料来源，其占比超过三分之一达33.6%，煤炭消费占比下滑至27.2%，天然气占比上升至23.8%，水电占比6.8%，非水电可再生能源增长强劲，在一次能源消费中占比达4%，创历史新高（图1）。 图1 1993-2018年全球不同能源资源消费量变化态势（单位：百万吨油当量） 2、石油 全球石化行业强劲发展势头驱动2018年全球石油消费增长，日均消费增加140万桶，同比增长1.5%，高于过去十年的平均水平（1.2%）。石油需求上涨驱动力主要来自发展中国家（如中国、印度）强劲的石油需求。其中，中国增长最为强劲，达70万桶/日，同比增幅5.3%，高于过去十年的平均增幅（5.1%）。同期印度石油消费需求增长了30万桶/日，同比增幅5.9%，同样高于其过去十年平均5%的增幅。上述两国合计贡献了全球近三分之二的石油消费增量。美国是2018年最大的一个意外，其石油消费需求强劲增长了2.5%，达50万桶/日，扭转了过去十年（平均增幅为-0.4%）下降态势。 在供应方面，2018年全球石油生产量增长了221.6万桶/日，同比增幅2.4%，两倍于过去十年的平均水平（1.2%）。几乎所有的净增长都来自美国，其2018年的产量大幅增长16.6%达到了创纪录的220万桶/日，比过去十年平均水平（6.7%）的两倍还多，也是迄今为止单个国家录得的最大年增量。同期OPEC组织的石油产量减少了30万桶/日，其中委内瑞拉和伊朗减产最为显著，分别减少60万桶/日和30万桶/日。2018年炼油厂的产量增加了96万桶/日，但少于2017年的增幅（150万桶/日），尽管增幅放缓，但炼油厂的平均产能利用率已攀升至2007年以来的最高水平。 图2 2016-2018全球石油产量变化态势（左图）和1973-2018单个国家录得最高增产量变化（右图）（单位：百万桶/日） 3、天然气 2018年天然气市场发展势头强劲，无论是产量还是消费量都获得了大幅度的增长。其中消费量大幅增长了1950亿立方米，同比增长5.3%，创下自1984年来的最大涨幅。主要的增长动力来自北美地区（868亿立方米，+9%）、亚太地区（570亿立方米，+7.4%）和中东（261亿立方米，+4.9%）。就国家而言，美国天然气消费增长最为强劲，去年天然气消费量大幅增长780亿立方米，涨幅超过9.3%，占同期全球天然气消费增量的40%。紧随其后的是中国，消费量增长了430亿立方米，同比增幅17.7%。俄罗斯和伊朗分别以230亿立方米（+5.4%）和160亿立方米（+7.4%）位列三、四位。 与消费需求增长类似，2017年全球天然气产量也呈现强劲的上涨态势，增加了1900亿立方米，同比增长5.2%，比过去十年平均值（+2.3%）两倍还多。其中，美国的天然气产量飙涨860亿立方米，同比增幅11.5%，成为全球天然气增量最大的国家，也是迄今为止单一年份国家录得的年增量最大值；俄罗斯、伊朗和澳大利亚分别以340亿立方米、190亿立方米和170亿立方米分列二到四位。2018年全球LNG供应持续快速扩张，增长了370亿立方米，主要的增长动力来自澳大利亚（150亿立方米）、美国（110亿立方米）和俄罗斯（90亿立方米）三个国家，合计占到全球LNG供应增长的近95%。得益于上述扩张，全球天然气区域间的贸易量增长了390亿立方米，同比增幅4.3%，比过去10年平均水平2倍还多。2018年，全球天然气已探明可采储量增加了0.7万亿立方米至196.9万亿立方米，其中俄罗斯（38.9万亿立方米）、伊朗（31.9万亿立方米）和卡塔尔（24.7亿立方米）是全球探明储量最多的三个国家。 图3 1993-2018年全球不同地区天然气产量和消费量变化态势（单位：十亿立方米） 4、煤炭 2018年全球煤炭市场进一步复苏，产量和消费量均连续第二年增长。其中煤炭消费量增长了5370万吨油当量，同比增长1.4%，是自2013年来最大增幅。亚太地区是消费上涨的主要推动力量，其中印度消费量增长最多，达3600万吨（+8.7%），其次是中国为1600万吨（+0.9%），两国合计占到全球净增量的近97%。而OECD国家的煤炭消费需求再次下降3160万吨油当量至8.61亿吨，是1975年以来的最低水平，连续第5年消费量下滑。 受到中国（8200万吨油当量，+4.7%）和印度尼西亚（5100万吨油当量，+18.9%）煤炭产量增长的驱动，全球煤炭产量大幅增长4.3%（1.6亿吨油当量），创下了2011年以来的最大增幅。截至2018年底，全球已探明煤炭储量为1.055万亿吨，主要集中在美国（24%）、俄罗斯（15%）、澳大利亚（14%）和中国（13%）等几个国家。全球煤炭进口量在2018年增长了6.5%，是2013年以来的最高水平。中国是世界上最大的煤炭进口国，2018年煤炭进口量同比增长4.6%；印度是世界第二大煤炭进口国，2018年煤炭进口量同比增长25.5%。 图4 1993-2018年全球不同地区煤炭产量和消费量变化态势（单位：百万吨） 5、核能与可再生能源 2018年，得益于中国（+18.8%）和日本（+68.7%）核电强劲增长的驱动，全球核能发电量增长了2.4%，远远高于过去十年的平均增幅（-0.4%），使得核电在全球一次能源消费中的占比达到了4.4%。 得益于欧洲地区水电产量增长（3.1%）的影响，2018年全球水电产量增长3.1%，连续第二年增长。非水电可再生能源发电同比增长14.5%，略低于过去十年平均值（16.4%）。风能依旧是非水电可再生能源发电的最大来源，2018年风能提供全球可再生能源增量的45%。而太阳能则为全球可再生能源贡献了近40%的增量。2018年，中国可再生能源增量达到创纪录的3200万吨油当量，占全球可再生能源净增量的45%，牢牢占据全球第一大可再生能源发电国位置。 6、电力 2018年全球发电量增长3.7%，高于过去十年平均水平（2.5%），增长主要来自中国、印度和美国三个国家，其中仅中国就贡献了一半的净增量。 2018年，非水电可再生能源继续保持强劲增长势头，提供了全球发电量增量的三分之一，其中风电增长12.6%（83.5 TWh）、光伏增长28.9%（87 TWh）。可再生能源强劲增长使其在全球发电量中的占比攀升到了9.3%。尽管可再生能源发展迅猛，但电力主体来源还是煤炭，其在全球电力中的份额高达37.9%，相当于天然气发电（23.2%）和水电（15.8%）之和。 图5 1986-2018年全球不同电力资源发电量占比变化态势 7、关键矿物 2018年，钴和锂的产量分别增长了13.9%和17.6%，远远超过了近十年的平均增长率（前者为7.5%，后者为6.6%）。其中钴价格上涨30%，达到2008年以来的最高水平，而碳酸锂价格则上涨21%，再创新高。

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发布时间: 2019-09-09

33. 欧盟成立1亿欧元基金支持清洁能源技术创新

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5月29日，欧盟委员会、欧洲投资银行和突破能源基金联合宣布，成立一个总额1亿欧元的新投资基金—欧洲突破能源投资基金（BEV-E） ，旨在支持欧洲优秀的创新型清洁能源科技公司的发展，加速新兴清洁能源技术的商业化应用进程。BEV-E资金来源包括欧洲投资银行注资5000万欧元，突破能源基金资助5000万欧元。该基金将投资对气候变化至关重要的五个能源相关部门：电力、交通运输、农业、制造业和建筑业。投资将于2019年下半年开始，欧盟成员国以及参与欧盟“地平线欧洲”科研项目的有关国家将有资格申请BEV-E的资助。 编者按：在2015年巴黎召开的联合国气候变化大会（COP21）上，全球主要国家发起了“创新使命”倡议，旨在鼓励世界公私部门投资和分享知识，建立公私合作机制，合力推动清洁能源发展，目前成员已包含24个国家和欧盟委员会。本次大会期间，全球来自顶级科技、互联网公司、工业集团和投资集团的27名商界领袖还发起成立了突破能源联盟，致力于创新能源技术长期投资，加快清洁能源发展进程。2017年12月，在巴黎举行的“一个星球”峰会期间，突破能源联盟宣布与包括欧盟委员会在内的5个“创新使命”成员国建立了公私伙伴关系。2018年10月，欧盟委员会和突破能源联盟签署了关于成立BEV-E的谅解备忘录。

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发布时间: 2019-11-20

34. 先进能源科技动态监测快报2019年第18期

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决策参考 国际能源署发布《美国能源政策评估》报告 2 美信息技术与创新基金会发布全球能源创新指数报告 5 项目计划 欧洲能源研究联盟发布至2030年氢能与燃料电池研究规划 8 DOE资助1.1亿美元推进CCUS项目研发和部署 12 DOE资助1520万美元支持先进核能技术研发 13 澳大利亚可再生能源署资助电网消纳、氢能和工业脱碳研究 14 前沿与装备 新工艺有机太阳电池理论寿命超过两万年 16 全钙钛矿双结叠层太阳电池创下24.8%转换效率纪录 17 基于全柔性组件的柔性可伸缩全固态锂电池 18 双活性位点非金属催化剂实现中性溶液中高效裂解水产氢 19

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发布时间: 2019-12-03

35. 垂直硫化钴空心纳米片阵列隔膜有效抑制锂硫电池穿梭效应

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锂硫电池的理论比能量可达2600 Wh kg−1，是商用锂离子电池的3-5倍，作为新一代储能器件引起广泛关注。然而聚硫化物穿梭效应使得该类电池循环能力和容量迅速衰减，成为了锂硫电池商业化应用的一大障碍。德州大学奥斯汀分校Arumugam Manthiram教授研究团队合作设计合成了一种新颖的多功能复合隔膜制备方法，有效抑制了多硫化物的“穿梭效应”，大幅改善锂硫电池性能和循环寿命。研究人员首先采用溶液法将钴基有机金属框架（MOF）垂直阵列原位生长在Celgard隔膜上（MOF-Celgard）；接着通过溶剂热法将隔膜上的金属有机框架阵列转变为垂直的硫化钴阵列（Co9S8）。X射线衍射测试结果证明了钴基MOF成功转变为Co9S8，而扫描电镜图像（SEM）表征则表明Co9S8纳米片阵列均匀生长在Celgard隔膜表面上，且Co9S8纳米片均为空心结构。由于Co9S8纳米片呈现空心结构且呈现垂直阵列形貌，可通过化学吸附和物理吸附将多硫化物牢固限制在硫（S）正极区域，从而有效抑制了穿梭效应；同时电导率测试结果显示Co9S8纳米片具备了优异的导电性，即可作为上层集流体加速电子传输，从而在循环过程中可以持续提升活性物质的利用率；因此该垂直Co9S8空心纳米片阵列材料是性能良好的隔膜。随后研究人员将此隔膜应用到锂硫电池中，在S正极没有任何优化的情况下，电池初始的放电比容量达到了1385 mAh g-1，且经过200次循环后，仍可维持初始容量的86%；当进一步提升放电电流到1675 mA g-1（1C倍率），电池仍展现出较高的放电比容量为530 mAh g-1，且经过1000多次循环后，容量基本没有衰退。而对S负极进行优化后，在1C倍率下，电池的放电比容量进一步增大到了986 mAh g-1，1500次循环后容量保持率仍高达83.2%，即电池不仅具备优异倍率性能还拥有极其优秀的循环稳定性。该项研究构建了全新的高导电垂直空心纳米片阵列应用于锂硫电池中，有效抑制多硫聚物的“穿梭效应”，增强了电池的倍率性能和循环稳定性，为设计和开发高性能的锂硫电池隔膜提供了一种新的研究思路。相关研究工作发表在《Energy & Environmental Science》。 图1 Co9S8-Celgard隔膜的合成工艺示意图及电化学性能提升机制

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发布时间: 2018-09-12

36. 欧洲能源研究联盟发布生物能源战略研究与创新议程

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近期，欧洲能源研究联盟（EERA）发布《生物能源战略研究与创新议程》 ，确定了到2030年及之后的欧洲生物能源研究创新优先事项，旨在最大程度发挥生物能源在能源脱碳中的作用，加速推进战略能源技术规划（SET-Plan）实施，促进能源系统转型。该议程共提出了5个优先开展的研究领域子计划：生物质可持续生产；生物质热化学转化制备生物燃料和生物基产品；生物质生化转化制备生物燃料和生物基产品；固定式生物能源利用；生物能源的可持续性、技术经济分析和公众生物能源知识普及。在本次发布的议程中仅介绍了前4个子计划，第5个子计划将在之后发布的版本中阐述。前4个子计划的具体内容如下： 一、生物质可持续生产 本领域的研究重点是最大限度扩大生物质转化工厂的生物质资源来源，提供安全和灵活的供应，提升原料质量，降低环境影响和原料成本。将重点针对四种类型生物质：林业生物质、农业生物质、藻类生物质和生物质废弃物。 1、林业生物质 （1）提高林业生物质产量：培育多样性树木和新型物种；扩展知识并使用新的管理实践和策略；改进采伐和运输技术；开发林业可持续管理方法。 （2）开发支持生物质市场供应的工具：分析供需因素及其相互关系；运输和物流数字化转型以提高林业生物质生产的经济效应。 （3）通过经济、人文和社会科学推动林业部门的发展：调整激励措施和法规；欧洲林业系统的案例研究及利用。 2、农业生物质 （1）提高对农业生物质的了解：增加对粮食作物和残留物利用的认识；增加对木质纤维素作物的认识；增加生物精炼系统中使用豆类作物的知识；设计和优化集成不同作物的创新系统。 （2）优化原料供应系统和物流链：改善作物光合作用；设计合适的植物特性和环境性能；开发生物能源种植系统模型；优化供应链和物流。 （3）评估生物质农业生产系统和公共政策的影响：生物能源生产整个价值链的生命周期分析（LCA）；分析认证计划和政策框架的影响；生物能源系统部署方案和案例研究分析。 3、藻类生物质 （1）菌株（生物多样性筛选或菌株基因工程）：选择和优化能够提高总体过程效率的菌株；用于工业生产的高产量菌株的选择和优化；用于工业户外生产的抗污染菌株的选择和优化。 （2）微藻照明和收集过程的创新：低成本和低能耗收集；开发用于大规模生产的强化光生物反应器；开发从气体和液体排放物中生产微藻。 （3）海藻种植创新：开发先进培养基材；开发自动化收集系统；开发稳定的存储和物流链。 （4）系统集成：开发从气体和液体排放物中生产微藻；有价值副产品的联合回收；开发流程模型，与整个生产链的经济和LCA模型相结合。 4、生物质废弃物 （1）增加从生物质废弃物获取能源的可能性：改进废弃物原料准备；扩大废弃物原料的使用；项目规划和工程。 （2）反应机理及相关环境影响研究：生物、化学和物理机理及其相互作用研究；计量需求及新型数字工具开发；废弃物转化对气候、水、空气质量、气味、土壤的正面及负面影响研究。 （3）开展废弃物利用的社会和市场推广的相关研究：经济风险和新型商业模式分析；实施废弃物转化技术的社会障碍和激励措施研究。 二、生物质热化学转化制备生物燃料和生物基产品 本领域研究重点是提高效率、降低温室气体排放和成本，重点关注开发一次热化学转化工艺、下游加工工艺以及先进生物燃料和中间体价值链。 1、生物质热化学工艺开发 （1）生物质气化：改善气化炉性能；提高原料灵活性；优化产品气体成分用于下游加工；开发创新气化工艺。 （2）生物质热解：改进工艺性能以提高生物质原油质量；扩展原材料来源，开发更廉价的低质量原材料；开发新模型以促进工艺机理研究。 （3）生物质碳化：提高固体生物能源载体质量；扩展原材料来源，处理低质量原料；采用热/蒸汽处理工艺开发新的高附加值产品。 （4）生物质水热处理：基本机理研究；优化反应器和工艺，扩大规模；开发水热工艺的通用/标准数据分析报告方法。 2、下游产品加工 （1）气体净化：优化单个气体净化工艺；开发集成气体净化系统；改进取样、测量和控制技术。 （2）气体调节和提纯及产品回收：生物质调节/提纯工艺的改进，或开发更耐污染物的替代工艺；改进催化剂/吸附剂再生过程，开发废催化剂/吸附剂利用和再循环工艺；开发产品分离方法。 （3）生物质原油净化、调节和提质：生物质原油净化与调节；开发和测试高效液体提纯催化剂；开发废水处理和利用技术，包括副产品回收。 （4）固体产品调节和提纯 ：生物焦的分离/纯化和表征；生物焦提纯（如活化、致密化等）和利用的评估。 3、先进生物燃料和中间体价值链 （1）基于气化的先进生物燃料生产：优化基于气化的生物燃料生产系统；开发用于商业生物燃料的化学品/材料联合生产技术；利用可再生氢气和生物质碳捕集开发基于气化的集成生物燃料生产技术。 （2）基于热解的生物油和先进生物燃料生产：整体系统优化和验证；燃料和化学品联合生产；集成优化。 （3）基于热/蒸汽处理的固体生物能载体生产：开发集成非能源联产品的智能系统设计；通过集成优化系统设计。 三、生物质生化转化制备生物燃料和生物基产品 本领域研究重点是生产先进生物燃料的生化及化学工艺和技术，以及从木质纤维素生物质中生产沼气、合成气、氢气等生物基产品。 1、细胞工厂和酶 （1）新型酶和酶性能：开发用于生物基化学合成和生物燃料合成的酶；生物木质素解聚；提高用于木质纤维素生物质预处理的半纤维素酶的效率。 （2）提高微生物和藻类细胞工厂现有生化途径的效率：非偶联生长和发酵；提高辅助代谢途径的通量；开发用于将合成气转化为液体生物燃料和其他生物基产品的工程微生物菌株；研究用于人工光合作用的微生物和酶。 （3）通过新的途径开发新型微生物系统，包括联合生物加工微生物和混合培养物的设计：木质纤维素水解发酵制备燃料；作为新型生物燃料平台的乙醇的联合生物加工生产；用非常规酵母提高替代柴油和喷气燃料的长链脂肪酸生产过程的碳转化效率。 2、原料制备、解构和分馏 （1）提高现有生物质分馏技术的效率：提高当前生物燃料工厂的转化率和能源效率，最大限度地减少木质纤维素生物质预处理对环境的影响；藻类分馏。 （2）开发新型分馏技术，包括合成气及其他气体的净化：开发生物质分馏的新破坏性方法；开发用于沼气净化和提纯的固体材料。 3、生物化学和/或化学转化制备先进生物燃料和生物产品 （1）提高乙醇、高级醇、脂肪酸、碳氢化合物和氢气的生物过程效率：提高工业酵母和细菌对木质纤维素水解液中抑制物的耐受性；生物过程集约化。 （2）提高（生物）催化剂将生物产品提纯为先进生物燃料的效率：生物质水解产物的直接催化提纯以生产烃类生物燃料；从发酵液中催化提纯制备生物制品。 （3）提高从合成气、H2和/或CO2发酵到生物燃料和/或生物能载体生产的碳转化效率：用于气体发酵的新型生物反应器；提高原料合成气中氢和CO发酵细菌的发酵速率和耐受性；藻类或细菌生产生物氢或生物甲烷。 （4）侧流回收：通过生物和/或化学转化回收生物燃料植物中的半纤维素；通过生物和/或化学转化回收生物燃料植物中的木质素；其他生物精炼侧流回收。 （5）基于生物化学的生物精炼集成：开发原位产品回收（ISPR）技术；开发生物化学生物炼油厂LCA子模型；将侧流生物强化技术与先进的生物燃料工厂整合或改造现有的能源和/或工业工厂。 四、固定式生物能源利用 本领域研究重点是开发高效、灵活、可负担、环保的热、电、冷联产系统，涵盖从小型住宅到大型电厂所有规模。 1、住宅/家庭供暖和制冷，包括微型热电联产（CHP） （1）住宅可再生能源供暖和制冷：用户/客户行为及需求；开发家用木材加热器；集成生物能的综合能源系统。 （2）生物质微型CHP：定制燃料；零排放建筑的CHP技术；新型集成/混合/联合能源系统，如智能热电网中的多燃料生物CHP。 （3）生物质冷热电联产（CCHP）：采用低成本载体提高经济效益；低成本废热发电和制冷的新技术路线；为住宅建筑提供经济有效的供暖和制冷分配。 （4）排放：开发新的或优化现有CCHP降低排放的主要和次要措施，以减少NOx、SOx和颗粒物；开发经济有效的测量和诊断技术。 2、中大型热电冷联产（CHCP） （1）通过灵活性促进能源系统脱碳：改进CHCP性能提高灵活性；灵活的CHCP用于发电、供热和制冷；生物质燃烧混合系统和生物碳捕集、利用与封存。 （2）数字化和先进运行：中型CHCP（1-20 MW）的智能运行和全自动控制；将供热厂升级为热电联产；先进的排放和空气污染控制。 （3）低质燃料和循环经济：灵活的固体和液体生物燃料处理、储存和供料；循环经济和固体残留物管理。 3、大型化石燃料电厂和生物炼制能源岛的转型 （1）大型化石燃料电厂转型：发电厂全面改造；灵活高效运营。 （2）用于加热和发电的生物精炼厂残渣加工：将生物精炼厂残留物提纯为能源载体以及用于加热和发电；通过一次生物精炼工艺改善残留物质量。 （3）生物炼制能源岛的系统和工厂设计：将现有的发电厂和CHP整合到生物精炼和更大的工业环境中；通过一次生物精炼工艺改善残留物质量。

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发布时间: 2019-08-05

37. DOE资助4600万美元推进小企业研发创新

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5月20日，美国能源部（DOE）宣布在“小企业创新研究与技术转让（SBIR/STTR）”计划框架下资助4600万美元 ，向美国39个州和哥伦比亚特区的202家小企业的231个项目提供资助，开展能源安全和应急响应、国防核不扩散、电力、能效和可再生能源、环境管理、化石能源、聚变能、高能物理以及核能九大主题领域的研发创新工作，旨在推进美国科学技术的创新和技术成果转化，创造新的就业机会，以增强美国在具有竞争优势领域的领先地位和经济实力。此次公布的为2019年第一阶段的第二批资助计划，资助期限为6至12个月，受资助者在项目完成时通过评估考核的将获得2020财年第二阶段资金申请资格，进行原型或工艺研发以验证第一阶段的研发成果，第二阶段资助期限最长为2年。本次资助的项目具体研究内容如下： 1、能源安全和应急响应（599万美元） 能源系统网络安全研究，包括：有线网络物理层认证；开发电网监控技术；开发商业化新技术以预警、监测和防范日益复杂的网络攻击。 2、国防核不扩散（281万美元） （1）构建一种新型的快速多模态显微成像系统，包括：开发软件工具以快速准确记录和关联不同传感器捕获的核裂变物理化学数据，实现对上述数据叠加分析。 （2）远程检测技术，包括：开发自动检测和量化制造过程中的气体流出物的算法；开发软件工具，利用飞机和卫星拍摄的图像提高远程侦察武器开发相关活动和设施的能力；将传感器集成到无人机以监控可疑的大规模杀伤性武器设施；利用新型光电传感器开发高分辨率、多光谱偏振相机以改进多模态成像技术；数字地形建模；新型红外激光光谱仪快速远程检测化学品。 （3）替代辐射源技术，包括：开发紧凑型回旋加速器以寻找和分析隐藏的核材料；先进全矩阵捕获超声成像和检测套件；开发杀虫电子设备用于农业应用以及预防疟疾；昆虫不育X射线辐照器替代危险放射性同位素（铯和钴），使昆虫不育术安全有效；开发低成本便携式X射线系统用于昆虫不育技术；碲化镉锌器件的快速生产。 3、电力（170万美元） （1）先进电网运营技术，包括：增加电网稳健性的区块链解决方案；保障大规模电力系统数据安全的软件系统；利用区块链支持拥有太阳能电池板的消费者之间的点对点能量传输；利用区块链保护电网设备技术的现场示范；改进的检测和定位电网故障的方法；低压地下电网网络及设备的保护装置。 （2）先进电网储能技术，包括：便携、安全、可靠的电源备份解决方案；开发商用碳化硅功率半导体元件。 4、能效及可再生能源（2159万美元） （1）先进制造，包括：开发创新网络安全解决方案，使小型制造商能够安全地访问基于云的智能制造资源；开发可进行更多选择性分离的新型膜材料；新型低成本分离技术以实现一步净化天然气；开发下一代铝合金电导体以提升输配电网的能效；采用新型铜/碳纳米复合材料制造和验证电子元件；利用电化学回收高价值电子成分（E-RECOV）技术从手机、硬盘等废弃电子设备中回收更多金属。 ?（2）生物能源，包括：使用新的聚合物修饰酶将果糖原料转化为高品质甘露醇；萜类化学品和燃料的无细胞生产；开发用于无细胞生产的保持酶活性的平台技术；无细胞发酵从非工业宿主生产食品防腐剂；开发由藻类制成的可生物降解的聚合物；利用化学循环系统催化氧化再循环塑料废物和热集成；发现和优化有效的塑料解聚酶；使用可再生作物废弃资源（如玉米棒）生产1,5-戊二醇基聚酯多元醇；塑料废物的生物转化生产洗涤剂、润滑剂和其他化学品；开发下一代生物基包装材料；开发用于生物基合成高吸水性聚合物的微生物工艺；藻类培养中的热量控制技术；用于藻类生物燃料生产的新型超低成本藻类培养的热控制技术；高通量、低成本自动化的基于AI的藻类监测和表征技术；建造并示范具有十几个单独反应器的全自动化实验室微藻培育系统。 （3）建筑，包括：用于建筑物的先进低成本空气处理装置；应用先进设计和优化技术开发下一代住宅空气处理装置；用于住宅供暖、通风和空调（HVAC）系统的下一代紧凑型高效空气处理设备；用于高效OLED照明的可扩展超高导电透明单壁碳纳米管薄膜；用于高效照明的抗反射材料；用于柔性固态照明的新型材料；用于OLED照明的新型蓝色磷光发光材料；建筑数据自动分类和验证系统；用于控制优化的可扩展、数据驱动和高分辨率模型；用于能量模型的高分辨率热舒适度映射的跨平台应用；实时建筑数据与动态电气化建筑蒸汽系统经济调度的整合；数字双胞胎深层数据的建筑物内融合。 （4）燃料电池，包括：纳米结构质子交换膜；相分离烃离子对膜；改进的燃料电池离子聚合物和膜；用于氢气纯化的低温高压纯化器；用于高压低温氢燃料的块状金属玻璃喷嘴的热塑性成形；薄膜氢传感器开发、测试和集成；氢气泄漏检测和警告系统；PVDF薄膜用于复合材料储氢罐的在线评估；嵌入式监测技术实现储氢罐故障的早期预警；复合包覆压力容器电阻监测；氢燃料存储罐碳纤维复合包覆材料损伤监测方法；CO2直接加氢制甲醇的创新催化剂设计。 （5）地热能，包括：基于短程井下通信、井下处理、模式识别、机器学习和远程电磁测量的地热钻井优化系统；通过通信技术实现高温定向钻井。 （6）太阳能，包括：太阳能光伏模块的远程实时监测；光伏组件污染探测器；用于分布式太阳能的低成本耐用有机电池；用于季节性储能和氢燃料的低成本清洁NH3合成；太阳能发电分布式控制系统；光伏电池板除雪设备；用于高自然灾害风险地区的太阳能支架系统；用于畜牧生产的太阳能安装和跟踪系统；具有新型单极和整体横向支撑的低成本双轴太阳能定位系统；碳化硅模块化架构的太阳能串式逆变器；用于高效熔盐聚光式太阳能热发电的高温碳化硅接收器组件；用于聚光式太阳能热发电的新型轻型低成本定日镜；太阳能组件的低成本制造；采用超低成本储热流体的分布聚光式太阳能系统；用于聚光式太阳能熔盐储存的先进材料。 （7）车辆，包括：用于锂金属/高镍含量锂镍锰钴电池的新型高离子导电性的固态电解质；电动汽车和混合动力汽车用锂金属电池柔性复合固态电解质的卷对卷生产工艺；全闭环锂离子电池高价值负极材料回收；含硅锂离子电池负极稳定SEI膜的研制；利用可控微气溶胶热解开发高能量密度和长循环寿命锂离子电池正极材料；开发高能量密度车用电池；电动汽车用超低钴含量正极的制备；提高电池可靠性的添加剂；开发商用碳化硅功率半导体元件；低成本涡旋式有机朗肯循环余热回收发动机；将等离子电解氧化涂层用于发动机活塞的隔热层；提高柴油机的耐用性和效率的先进涂料；用于汽油火花点火发动机的新型热障涂层；改进柴油发动机使用乙醇等清洁燃料；超临界乙醇重整用于高效直喷式重型压燃式发动机；铝制动系统的可行性研究；新型熔模铸造工艺减轻汽车铸件重量；开发多功能传感器优化车辆多功能复合材料制造工艺；用于汽车零部件生产的短纤维预制件技术；通过压缩成型的高性能纤维增强超分子Vitrimer复合材料；低成本碳纤维/竹纤维混合中间体材料减轻车辆重量；低成本树脂技术快速制造高性能纤维增强复合材料；热固性树脂回收和再循环生产低成本碳纤维复合材料。 （8）水，包括：偏远地区水力发电微电网；海洋能微电网；波浪能转换器；新型波浪能发电的管泵装置；新型行波泵开发；多冲程可变排量振荡泵；海水淡化提取稀土元素。 （9）风能，包括：基于混合模型的风力发电机远程诊断和预测方法；退役风力涡轮机叶片制造第二代玻璃纤维复合材料。 （10）联合主题。①先进制造和燃料电池联合主题：用于检测和去除氢吸附剂中杂质的先进材料。②先进制造和地热联合主题：采用多效蒸汽吸附的矿物回收零排放脱盐技术；利用地热加热页岩气出水的脱盐系统；地热盐水中回收锂、水和发电的集成系统；用于油田盐水回收的新型膜系统；用于盐水淡化和稀土材料回收的纳米多孔原子薄膜。③先进制造和太阳能联合主题：新型晶体硅模块架构，通过提高可制造性和耐用性来降低成本；低成本建筑集成有机光伏组件的先进制造；钙钛矿太阳电池的电喷雾沉积。 5、环境管理（20万美元） 新型地下监测概念研究，开发基于机器人的超声波扫描技术用于检测核废料储存罐的缺陷。 6、化石能源（400万美元） （1）碳封存技术，包括：CO2通用操作传感器系统；CO2监测数据的自动采集系统；利用声学进行地下通信；用于井下传感器的声波遥测；CO2联合遥测系统；可扩展的光纤传感器阵列系统；等离子体催化CO2和CH4生产高价值化学品；常压等离子体催化CO2还原甲醇；等离子体催化CO2转化为碳和水；新型等离子体技术将CO2转化为工业原料；低温等离子体-紫外-催化工艺将CO2转化为甲醇；新型等离子体催化重整CO2用于航空燃料和储能。 （2）石油和天然气，包括：模块化天然气制合成油反应器；利用伴生气生产高值碳；低成本SoftOx工艺将井口的酸性天然气转化为可与原油混合的液体；天然气转化为乙酸；新型模块化天然气制合成油反应器 （3）稀土元素和重要矿物，包括：用离子液体低温还原稀土金属；从煤和煤基原料中提取稀土金属的新型低成本工艺。 7、聚变能科学（343万美元） （1）聚变能系统的先进技术和材料，包括：用于增强型转向器/散热器连接功的能梯度Cu-W中间层；单片钨面向等离子体部件；通过增材制造进行功能梯度结构连接件的设计和制造，用于面向等离子体部件与冷却结构的连接；供能梯度复合层间粘合材料提高高温接头的强度和韧性；提高氚产量和简化反应堆设计；用于高温超导磁体电缆的智能终端；基于稀土钡铜氧系（REBCO）高温超导的电缆导管绝缘接头；利用声学传感器阵检测大型超导磁体故障。 （2）聚变科学与技术，包括：高频行波管用于聚变反应堆燃烧等离子体诊断；二维色散干涉仪；用于高真空的大型复杂3D、金属和合金结构的增材制造；ITER组件的增材制造；3D全波迭代射频波束仿真工具。 （3）高能密度等离子体与惯性约束聚变能，包括：高压固态触发器；超快像素阵列相机的设计与制造；高脉冲能量高重复频率激光器；超高功率激光器。 8、高能物理（598万美元） （1）粒子加速器的先进理念和技术，包括：通过机器学习实现高度自动化的加速器操作；粒子加速器仿真的集成工作流管理；用于加速器的高电流等离子体阴极；费米实验室缪子-电子（Mu2e-II）实验冷却靶的高发射率涂层设计；新型电介质双光束加速器。 （2）高能物理探测器和仪器，包括：大面积超高灵敏度光传感器；高灵敏度大面积光电阴极的新型制造工艺；高灵敏宇宙微波背景探测器的商业制造工艺；用于高速带电粒子跟踪的3D金刚石探测器；用于UV光子检测的新型波长变换材料；用于高能物理探测器的抗辐射、高导热粘合剂；用于下一代宇宙背景研究的高精度辐射过滤器的3D打印。 （3）用于数据采集和处理的高速电子仪器，包括：辐射强化工程基板；低成本工程半导体基板；电容诱导退火后的热处理。 （4）激光技术研发加速器，包括：用于激光加速的陶瓷放大器；耐损伤超快光学器件；高能量和平均功率的飞秒级激光器的干涉涂层。 （5）量子信息科学（QIS）支持技术，包括：三维超导多量子比特系统增材制造技术的优化；QIS的新型极低温冷却技术；用于QIS的高量子效率光电探测器。 （6）无线电频率加速器技术：高效率、高平均功率感应输出管。 （7）用于粒子加速器的超导技术，包括：开发用于加速器的改进Nb3Sn导体；紧凑型超导加速器；用于无缺陷共形铌薄膜的射频超导空腔原位涂层和清洗；用于粒子加速器磁体系统的脉动热管；低温压力和温度传感器；用于加速器磁体的高导热率和比热纳米复合环氧技术。 9、核能（579万美元） （1）先进核能技术，包括：将机器学习用于核反应堆设计模型；核反应堆仿真建模技术；核电设施监测网络；用于熔盐反应堆的小型电磁泵；用于电子束焊接和增材制造的高压电子枪；压力容器辐照技术；将SiC复合材料和适用于高温腐蚀性熔盐环境的金属合金连接的工艺；管道组件设计的分析和优化工具。 （2）先进核废料处理技术，包括：热盐密封系统；优化乏燃料罐生命周期管理的机器学习工具；新型永久性超声波传感器用于乏燃料罐的健康监测；乏燃料干式储存罐的膜片焊接工艺；应力腐蚀裂纹原位修复。

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发布时间: 2019-08-05

38. 先进能源科技动态监测快报2017年第06期

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决策参考 特朗普政府公布2018财年预算纲要 能源部预算遭遇削减 1 欧盟能源领域网络安全报告提出四大战略优先领域 2 IEA提出可再生能源发电并网五大战略建议 3 项目计划 日德联合开展大规模混合电池储能系统示范工程 5 DOE资助590万美元推进CO2资源化利用技术研发 6 前沿与装备 美科学家在沸石分子筛膜合成领域取得重大突破 7 Nature：光合作用中的量子设计原则指导仿生太阳能转化 7 美科学家研发全球首个水合氢离子电池 8 新型混合导电隔膜有效抑制锂硫电池穿梭效应 9 高产物选择性光驱动铑催化剂实现CO2到甲烷的高效转化 9 能源资源 IEA：全球石油市场或于2020年后出现供应不应求 10

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发布时间: 2017-05-23

39. 超长循环寿命有机-空气电池谱写空气电池发展新篇章

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金属（如钾、钠、锂等）空气电池是一种极具发展潜力的高比容量电池技术，其理论能量密度上限可达11000 Wh/kg，远远高于传统的锂离子电池，因此得到了学术界和工业界广泛关注。然而，由于存在金属枝晶、空气电极孔道堵塞等问题，导致该类电池安全性和循环寿命不佳，限制了该类电池的实际应用。香港中文大学Yi-Chun Lu教授研究团队创造性地设计制备了钾联苯（Potassium Biphenyl）复合有机物，并将其作为负极取代传统的金属负极，与空气电极组成新型的有机-空气电池，有效地解决了传统金属电池安全性和循环周期短的问题，在4 mA/cm2高放电电流密度下实现长达3000余次的稳定循环，平均库伦效率高达99.84%，为空气电池开辟全新技术发展路径。由于金属空气电池最主要的不稳定因素在于金属负极，因此关键在于研发替代电极，但作为负极要求材料本身具有良好的氧化还原特性。有鉴于此，研究人员测试了一系列的有机材料氧化还原特性，包括联苯（Bp）、萘（Nap）、三亚苯（Tph）和菲（Pha）。结果显示Bp对钾金属（K/K+）具有最佳的氧化还原特性，因此设计制备了钾联苯（Potassium Biphenyl, BpK）复合有机物。随后分别以传统K金属、BpK为负极，以溶有六氟磷酸钾的二甲基亚砜（KPF6-DMSO）为电解质，空气极为正极组装成完整的金属-空气（K-O2）、有机-空气（BpK-O2）电池，进行对比研究。在1.5-3 V的电压区间、0.2 mA/cm2放电电流密度下进行恒电流循环测试，结果显示，K-O2电池经过100次循环后便失效了，而BpK-O2电池经过400次循环后放电比容量依旧稳定无衰减。而提升放电电流密度到2 mA/cm2，BpK-O2电池依旧保持稳定循环特性，且库伦效率近100%；而当电流密度进一步提升到4 mA/cm2时，电池仍可稳定循环3000余次，且平均库伦效率依旧高达99.84%，这一结果与已报道的锂离子电池的库伦效率相当，展现出了极其优异高倍率性能和循环稳定性。通过对充放电过程产物测试发现电池性能大幅提升原因在于，一方面独特的有机负极和电解质界面耦合使得放电中间产物只形成KO2而没有形成K金属枝晶，另一方面这种界面作用在充电过程中会将中间产物KO2有效分解避免了电极活性材料损失。该项研究开创性地制备了钾联苯有机复合物电极，用于取代传统的金属负极，制备了全新的有机-空气电池，克服了金属-空气电池由来已久的金属电极枝晶生长和循环寿命短的问题，从而获得了高安全、高倍率和长寿命的空气电池，为空气电池发展开辟了全新的技术路径。相关研究成果发表在《Nature Materials》。

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发布时间: 2019-05-25

40. IEA：2020年全球石油需求预计温和上涨至140万桶/天

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6月14日，国际能源署（IEA）发布《石油市场：2020年愿景》 报告，总结了全球石油市场的发展现状并展望了至2020年的发展趋势。报告指出，全球经济增长放缓导致石油需求减少，2019年第一季度全球石油需求小幅缩减至9870万桶/天，第二季度则受到油价下跌刺激预计反弹至1亿桶/天。到2020年，在非经合组织国家石油需求增长和石化行业生产规模扩张影响下，全球石油需求预计将微弱增长至1.017亿桶/天。报告要点如下： 1、2019年全球石油需求增速放缓，2020年有望加速增长 全球经济和石化行业发展放缓以及北半球冬季气温高于往年正常水平，导致2019年第一季度全球石油需求小幅缩减至9870万桶/天。经合组织（OECD）国家石油需求同比大幅下降60万桶/天，为2014年以来的最大降幅。由于汽油消耗量大幅下降和天气较往年温暖，美国3月份石油需求同比下降37万桶/天；而受到汽油价格下降的刺激，4月份石油需求则上升了25万桶/天。OECD欧洲国家石油需求为1470万桶/天，同比降低10万桶/天。受到中国和印度的需求增长显著放缓影响，非OECD国家2019年第一季度石油需求增量从2018年第四季度的110万桶/天下降至85万桶/天，需求总量达5150万桶/天。由于油价下跌和石化行业需求预期将出现反弹，预计2019年第二季度全球石油需求将上升至1亿桶/天，第三、四季度则将维持在约1.01亿桶/天。第二季度OECD欧洲国家石油需求预计将小幅提升至1520万桶/天，非OECD国家石油需求预计回升至约5260万桶/天。 预计2019年全球石油需求增量将为120万桶/天，到2020年则将提升至140万桶/天，主要受到非OECD国家石油需求增长（同比增长88万桶/天）和石化行业生产活动扩张推动。其中，2019年中国石油需求预计增长45万桶/天，与2018年增速持平，2020年则将减缓至27万桶/天。印度的石油需求增长则保持平稳上升，2019年为21万桶/天，2020年为23万桶/天。由于石化产品、柴油和航空燃料需求增长将被燃料油、取暖用油及其他产品的需求下降抵消，预计2019年OECD国家石油需求增量将为11万桶/天，为近五年来的最慢增速。到2020年，其石油需求增量将达52万桶/天，主要原因是预计石化行业产能增加以及柴油和汽油需求强劲增长。国际海事组织（IMO）在2020年开始施行的船用燃料新规将使海运的柴油需求大幅增长，增量从2019年的20万桶/天提升至90万桶/天，全球柴油需求增量则将在2020年大幅跃升至120万桶/天。2019年美国石油需求增量将从2018年的49.5万桶/天大幅缩减至18.5万桶/天，而2020年预计反弹至35万桶/天。 表1 2018至2020年全球石油需求（单位：百万桶/天）* * 包含生物燃料 2、欧佩克国家原油持续减产，非欧佩克国家产量大幅上升 为了降低石油库存，抑制2018年第四季度的油价回落，欧佩克（OPEC）、俄罗斯和其他几个非OPEC国家（OPEC+）从2019年1月开始减少产量120万桶/天，5月份其石油产量比目标产量（4430万桶/天）低了53万桶/天，其中OPEC国家石油产量则降至2995万桶/天，为五年来最低，减产达标率达到133%。因此，当月全球石油供应量减少了10万桶/天至9950万桶/天，比去年11月的峰值产量降低了近300万桶/天。然而，在美国产量增长的推动下，5月份非OPEC国家石油供应量增加了13万桶/天至6397万桶/天，与去年同期相比增加210万桶/天，因此全球石油供应量仍同比增长了62万桶/天。IEA预计，2019年非OPEC国家石油供应量将增加190万桶/天，美国（增加170万桶/天）将贡献其中的90%，2020年非OPEC国家石油供应量将增加230万桶/天，美国增速则将放缓至120万桶/天。2020年，对OPEC原油的需求将降至2930万桶/天，比2019年5月的产量水平低65万桶/天。假设没有重大地缘政治冲击，2020年非OPEC国家石油供应的增长足以满足可能的石油需求，OPEC国家的备用产能将达320万桶/天，这将限制油价的上行。 3、2019年炼油厂原油加工量创新低，2020年增量则将翻番 2019年5月全球炼油厂原油加工量仅为8040万桶/天，环比下降90万桶/天，同比下降80万桶/天，是自2017年3月以来的最低水平。5月份美国炼油厂原油加工量环比增加37万桶/天，但同比下降28万桶/天，且比去年12月少了70万桶/天，预计2019年第二季度原油加工量将同比下降10万桶/天。2019年4月非OECD国家炼油厂原油加工量同比增长仅24万桶/天，预计2019年的增长量为50万桶/天。4月份中国炼油厂原油加工量达到了创纪录的1260万桶/天，同比增长44万桶/天，印度的原油加工量则下降了28万桶/天，但仍同比增长19万桶/天。全球原油加工量季节性变化的幅度正逐年增加，预计2019年5月和8月之间的差距为420万桶/天，而去年则为330万桶/天。这种季节性增长主要集中在西半球，以美国和欧洲为首的大西洋盆地的炼油厂每月原油加工量将增加90万桶/天。2019年至2020年期间新增产能将达到350万桶/天，预计2020年的原油加工量增长将是2019年（50万桶/天）的两倍。 4、2019年前4个月OECD国家石油总库存始终高于近五年均值，5月美国原油库存大幅增加 2019年4月OECD国家工业石油库存环比增长1580万桶至28.83亿桶，与2019年初几乎持平，增速保持了近五年平均水平（1520万桶/月），但总库存仍比近五年平均库存高1630万桶。4月份原油库存增加了1280万桶达到11.34亿桶，是自2017年11月以来的最高水平。1-4月OECD石油总库存始终高于近五年平均水平。由于美国原油出口量和炼油厂原油加工量下降，OECD美洲原油库存增加了1680万桶，而OECD欧洲、亚洲和大洋洲的原油库存分别增加了140万桶和270万桶。5月份美国石油总库存大幅增加5110万桶，主要原因是原油库存反季节性增加了1380万桶。日本石油总库存增加了880万桶，而欧洲由于炼油厂加工量下降导致石油产品库存减少了760万桶，但其原油库存增加了610万桶，因此总库存减少150万桶。 5、原油期货价格扭转上涨态势后震荡下跌 原油期货价格在2019年4月达到今年高点以来一直处于下行趋势，尽管供应紧缩和地缘政治局势紧张，对全球经济放缓的预期仍导致布伦特（Brent）原油价格和美国西得克萨斯中质原油（WIT）价格在5月分别下跌1.33美元/桶和3美元/桶，相比4月的峰值价格下降了20%。然而，布伦特原油价格仍处于现货溢价状态，表明市场供应紧张。

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发布时间: 2019-12-01

41. 气溶胶沉积室温制备钒酸锂固态正极大幅增强电池性能

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全固态锂电池具备了高能量密度性、高安全性、高输出功率等性能优点，比传统液态电池相比更具优势，在新能源汽车领域应用前景广阔，是有望替代目前锂离子电池的下一代电池。日本丰桥科学技术大学Yoji Sakurai教授研究团队首次利用气溶胶沉积法成功实现室温下在石榴石型氧化物固体电解质上制备了三钒酸锂（LiV3O8 , LVO）正极薄膜，显示出极高的可逆充放电容量，且在100℃高温下具有良好的循环稳定性，有助于开发高稳定性高性能的全固态电池。研究人员首先利用球磨法将块状的LVO粉末碾碎成微粒，随后在室温条件下利用气溶胶沉积法在石榴石型氧化物固态电解质锂镧锆氧（Li7La3Zr2O12 , LLZT）表面沉积一层致密的LiV3O8正极薄膜，形成了LVO/LLZT固态电解质电极复合材料。扫描电镜显示，LVO微粒呈现棒状，平均粒径长度为0.5-2 µm之间。X射线衍射峰只呈现出LVO的特征峰，即碾压粉碎的处理没有破坏LVO原本的相结构，即保持了原本的物理化学性能。接着将LVO/LLZT与锂金属（Li）负极组装成完整电池，同时制备了用传统液态电解质替换LLZT的电池作为参照样品，进行对比研究测试。在0.1C（0.024 mA/cm2）、50℃温度下对电池进行了电化学性能测试，采用传统液态电解质电池放电比容量为30 mAh/g，而采用固态电解质电池放电比容量高达仅为15 mAh/g，但有趣的是随着温度逐步升高，两种电池性能呈现了相反的发展趋势，其中采用液态电解质电池性能随温度升高而下降，而采用固态电解质的则相反。但温度升高到100℃时，传统液态电解质电池性能显著衰退，而固态电解质电池性能反而增强，放电比容量增大至120 mAh/g；而在保持温度时候降低放电电流密度到0.01C时，固态电池比容量更是大幅飙涨至300 mAh/g，展现出良好的高温性能，更为关键的是电池在不同的放电电流密度下都保持了良好的稳定性，主要原因是采用的气溶胶沉积法将LVO电极薄膜与固态电解质LLZT紧密结合，改善了电极/电解质界面的传输阻抗。下一步将致力于材料和工艺的改进以提升该类复合电极/固态电解质低温下的电化学性能。该项研究利用气溶胶沉积法在固态电解质表面直接沉积正极材料，使得电极和固态电解质界面有效融合，大大改善了两者之间的界面接触，从而降低了界面传输阻抗，增强了电池的放电比容量和循环稳定性，为开发高效全固态电池提供了一种新策略。相关研究工作发表在《Materials》

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发布时间: 2019-01-04

42. 富磷CoP2催化剂助力高效稳定裂解水产氢

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通过光电催化分解水制氢是一种绿色的能量转换技术，被称为是光化学研究领域的圣杯。然而，目前高效的催化剂主要采用贵金属体系，成本高昂且储量有限，阻碍了氢能的规模化应用。因此亟需开发储量丰富、成本低廉的新型高效催化剂。美国维克森林大学Scott M. Geyer教授课题组牵头的国际联合研究团队利用改良的热注入法合成了富磷的磷化钴（CoP2）纳米颗粒催化剂，将其用于制备光电极应用于裂解水产氢，展现出了与贵金属Pt相当的催化活性，且具备良好化学稳定性。 研究人员首先通过密度泛函理论研究了富磷状态下CoP2催化活性，计算表明富磷状态不仅可以从物理上阻止氢原子（H）在多重Co原子上的过度吸附，而且可以稳定H在单个Co原子上的吸附，这有利于水裂解产氢。随后研究人员通过原子沉积法（ALD）在P型硅（p-Si）衬底上沉积一层铝掺杂的氧化锌（Al-ZnO, AZO）薄膜，继续利用ALD在AZO上沉积一层TiO2薄膜，最后接着利用改良的热注入法在TiO2上面制备了一层富磷的CoP2纳米晶催化剂薄膜，从而合成了p-Si/AZO/TiO2/CoP2复合光电极。为了对比研究，作者也制备了CoP和Co2P催化剂，随后将上述制备的不同催化剂电极置于0.5 摩尔的硫酸溶液中进行催化活性测试。实验结果显示，在39 mV、53 mV和88 mV过电位下，分别获得了10 mA•cm-2、20 mA•cm-2和100 mA•cm-2电流密度。其37 mV过电压条件下的催化活性与贵金属相当，而要达到相同催化性能，CoP和Co2P过电压要分别达到65 mV和52 mV。而CoP2、CoP和Co2P塔菲尔斜率分别为32、41和58 mV dec-1。上述结果表明，富磷的CoP2拥有更加优异的催化裂解水产氢性能。在上述酸性电解质中连续工作36小时后，基于CoP2的电极催化活性基本没有衰退，即使60个小时，也仅仅衰减7.73%；相反，36个小时后商用的Pt/C催化电极大幅衰减了21.1%；表明了CoP2具备了优异的化学稳定性。 该项研究精心设计制备了富磷的CoP2催化剂电极，表现出了与贵金属Pt相当的水解产氢的催化活性，而且具备了更优的稳定性和经济性，为设计高效、稳定、经济的新型非贵金属催化剂指明了新方向。相关研究成果发表在《Advanced Materials》 。

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发布时间: 2019-08-05

43. MXene/S复合电极抑制穿梭效应助力超长循环和稳定性

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锂硫电池是极富潜力的下一代高能电池系统，其理论能量密度可达2600 Wh kg-1，是锂离子电池理论能量密度的3-5倍。然而聚硫化物穿梭效应使得该类电池循环能力和容量迅速衰减，成为了锂硫电池商业化应用的一大障碍。而开发具备抑制多硫聚物穿梭、良好导电性和机械性能的电极是解决上述问题的主要途径之一。都柏林圣三一学院Chuanfang Zhang教授课题组牵头的国际研究团队设计合成了一种新颖的MXene（二维过渡金属碳化物或氮化物）/硫复合的锂硫电池电极材料，其具备了良好的导电性、机械强度和独特的多硫化物吸附性能，从而在保障电池性能前提下，有效抑制了多硫化物的“穿梭效应”，获得了超长循环寿命和超低的容量衰减率。 研究人员首先采用盐酸腐蚀方法制备了MXene材料Ti3C2Tx，随后通过真空过滤方法将硫（S）元素填充到上述二维Ti3C2Tx材料中形成Ti3C2Tx/S复合材料。扫描电镜和透射电镜表征显示，Ti3C2Tx/S复合物依旧呈现完整的二维层状纳米片结构，且层间距较未填充S的Ti3C2Tx增大了，这有助于存储更多的离子提升电池容量。X射线能谱微区成分分析显示S元素是均匀地分布在整个二维的纳米片表面。通过对上述Ti3C2Tx/S复合材料进行弯折测试，结果显示S元素填充并没有改变二维材料Ti3C2Tx良好的机械柔韧性，即Ti3C2Tx/S复合材料依旧保持良好的柔韧性，并且经过200多次弯折测试发现，整个Ti3C2Tx/S复合材料导电性也基本没有变化（维持在1650 S/cm上下），有潜力应用到柔性电池当中。而利用传统制备方法制备出Ti3C2Tx-S简单混合的复合材料（非化学吸附填充），其导电性仅为830 S/cm。为了检验电极材料性能，研究人员分别制备了以Ti3C2Tx-S、Ti3C2Tx/S为正极的锂硫电池，并进行电化学性能测试。结果显示，当倍率从0.1C（1C=1675 mA/g）增大到2C时候，基于Ti3C2Tx/S电极电池放电比容量从1383 mAh/g小幅降至1075 mAh/g，相反Ti3C2Tx-S电极电池不仅0.1C的比容量小（1196 mAh/g），且倍率增加到2C时候放电比容量显著下降至824 mAh/g。随后在1C倍率下对电池的循环稳定性进行测试，发现Ti3C2Tx/S电极电池初始放电比容量为1169 mAh/g，经过1500余次的超长循环后，比容量仍可高达970 mAh/g，意味单次循环的容量衰减率仅为超低的0.0014%，这是目前已报道的锂硫电池容量衰减率的最低值；相反，基于Ti3C2Tx-S电极电池初始的放电比容量只经过325次循环就开始显著下滑至857 mAh/g（初始容量为1183mAh/g），而进一步延长循环次数电池比容量进一步下滑。通过对循环前后电极微结构表征发现，循环测试之后在Ti3C2Tx/S电极的MXene薄膜表面原位形成了一层的硫酸盐络合物层，这个络合层充当了保护膜，有效抑制了多硫聚物的穿梭，提高了硫的利用率，因此增强电池性能和循环稳定性。 该项研究精心设计硫元素填充的MXene纳米片复合电极应用于锂硫电池中，有效抑制多硫聚物的“穿梭效应”，增强了电池的倍率性能和循环稳定性，为设计和开发高性能的锂硫电池提供了一种新的研究思路。相关研究工作发表在《Advanced Functional Materials》 。

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发布时间: 2019-08-06

44. 连续光照诱导晶格膨胀增强钙钛矿太阳电池性能

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有机无机杂化钙钛矿太阳电池光电转换效率在短短数年时间内便冲破了22%的大关，直逼传统的晶硅电池，并且该电池制备工艺简单和成本低廉，是极具发展前景的新一代薄膜电池技术。然而，截止当前科学家对该电池潜在工作机理仍然不甚明了，亟需加大研究力度。 莱斯大学Aditya D. Mohite教授课题组和洛斯阿拉莫斯国家实验室研究人员合作的最新研究发现，连续光照会引起钙钛矿薄膜晶格发生均匀膨胀，从而释放了晶体局部应力，减少了晶体的能垒和非辐射载流子复合，从而增强了电池的性能，即光诱导晶格膨胀有助于提升电池性能，进一步深刻揭露钙钛矿电池工作机理。研究人员首先通过旋涂法分别制备了单阳离子（MA+）的甲胺碘化铅（MAPbI3）钙钛矿薄膜和双阳离子（FA+、MA+）双金属混合的甲脒甲胺铯碘铅薄膜（FA0.7MA0.25Cs0.05PbI3）。掠入射广角X射线散射（GIWAXS）极图显示，相比MAPbI3，FA0.7MA0.25Cs0.05PbI3薄膜晶体的晶格增大了，表明了FA+和Cs+成功地引入到MAPbI3立方相的晶格中。随后研究人员将制备的钙钛矿薄膜置于惰性气体氛围中进行连续辐照处理，结果显示辐照处理后的FA0.7MA0.25Cs0.05PbI3薄膜晶格间距从6.29 Å增大到6.33 Å，即晶格发生了膨胀；类似现象在MAPbI3同样被观察到；表明了连续的光照诱导晶体晶格发生膨胀。且通过追踪观测发现，该结构变化具有弛豫现象（即结构变化的状态能够维持一段时间后才恢复）。接着研究人员将制备的钙钛矿薄膜FA0.7MA0.25Cs0.05PbI3用于组装电池器件，系统研究光照诱导晶体膨胀对电池性能的影响。电流电压测试显示，光照前20分钟，电池的开路电压从0.73 V增加到0.9 V；20分钟后，电池开路电压和填充因子同时增大，且在光照时间推移至120分钟时达到了峰值，开路电压和填充因子分别增大至1.08 V和74%（光照前的数值分别为0.73 V和68%），从而将电池器件的效率从18.5%提升到20.5%。研究人员通过后续的光致发光和模拟研究发现，连续光照引起的晶格膨胀之所以增强电池性能主要是有两个原因：一是晶格膨胀使得晶格应力得到释放降低了钙钛矿界面能垒有助于载流子传输；二是膨胀使得晶面排列更加整齐，消除了晶体中的部分缺陷，减少了非辐射的复合。进一步的老化测试结果显示，基于MAPbI3钙钛矿薄膜电池在连续光照30分钟后性能就开始出现衰退；而采用FA0.7MA0.25Cs0.05PbI3薄膜的电池在连续300分钟的光照测试下仍可维持初始效率的80%，展现出优异的稳定性，这主要是Cs元素的引入改善了晶体相结构稳定性所致。 该项研究首次通过实验手段系统地研究了连续光照对钙钛矿薄膜晶格及其器件的影响，揭露了光照诱导钙钛矿晶格膨胀与电池性能之间的相互关联，为设计开发高性能钙钛矿电池积累了宝贵的理论知识。相关研究成果发表在《Science》 。 （李明月 郭楷模）

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发布时间: 2018-05-27

45. 新架构锂-空电池实现近100%库伦效率

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锂-空气二次电池因具有超高的理论比能量而成为储能器件领域的研究热点，然而放电中间产物不可溶的过氧化锂形成以及电解质消耗和电极副反应会使得电池性能逐步衰退，使其实际应用仍然面临很大的挑战。加拿大滑铁卢大学L. F. Nazar教授课题组对锂-空气电池的组成架构进行了重新设计，即合成新型的无机电解质以替代有机电解质，同时用镍/锂硝酸盐复合物正极替换传统的碳正极，有效地促进可逆放电产物氧化锂的产生，减少了副反应，使电池获得了高性能。研究人员首先配制了硝酸镍（NiNO3）和硝酸钾（KNO3）混合的无机熔融盐电解质，同时设计合成了Ni纳米颗粒负载的锂硝酸盐（LxNO2）正极Ni- LxNO2，随后与锂金属负极组合成完整的锂-空气电池。随后在150℃（氧化锂的分解温度）、2.6-3.5V电压窗口和0.1 mA cm−2条件下开展电化学性能测试，结果显示电池蓄电能力（即放电比能量）约为11 mAh cm−2，近20倍于传统碳正极有机电解质锂-空气电池（~0.5 mAh cm−2），可循环充放电上千次，经过150次充放电循环库伦效率高达100%，即充入电池中电量在放电时几乎100%都能够释放出来为电器所用。为了探究电池为何获得如此优异性能，研究人员对充放电中间产物进行了研究。首先对放电中间产物进行了X射线衍射谱（XRD）表征发现，放电中间产物出现了两个显著的特征衍射峰分别为34°和56°，对应氧化锂（LiO2）的（111）和（022）晶面；而拉曼谱显示在靠近800 nm的出现了特征峰，对应O-Li-O键，进一步证实了中间产物为LiO2；而当对充电后的产物进行同样的XRD测试后，发现特征衍射34°和56°完全消失了，表明放电产物LiO2完全分解了，没有沉积堵塞电极，即充放电反应高度可逆。研究人员进一步探究了运行温度对电池性能影响发现，当运行温度低于135℃，放电产物出现了过氧化锂（Li2O2），且会随着放电电流增长而增多。而当温度逐渐升高至150℃，Li2O2逐步减少直至消失。研究人员下一步将致力于探索新材料以降低电池的运行温度至室温环境。该项研究通过对锂-空气电池的正极和电解液精心改造，有效地克服了锂-空气电池电化学循环过程中的副反应，获得了优异的性能，为设计开发高效长寿命的锂-空气电池提供了新路径。相关研究工作发表在《Science》。

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发布时间: 2018-12-29

46. 先进能源科技动态监测快报2017年第10期

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决策参考 Brookings：美清洁能源技术专利下降经济竞争力面临挑战 2 美国家科学院评估报告提出先进汽车技术研发计划发展建议 5 GWEC：2021年全球风电累计装机容量预计超过800 GW 8 项目计划 欧盟资助436万欧元开发太阳高温热能工业应用 10 西门子公布电气化货运公路系统试验进展 10 前沿与装备 全球首款电池-燃气轮机混合发电系统成功运行 13 NREL新型光电化学电池创造16.2%太阳能制氢新纪录 14 新型氧化钼薄膜包覆铂基催化剂实现高效光解水产氢 15 瑞科学家研发新型镁离子电池适用的高效固态电解质 16

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发布时间: 2017-06-03

47. IHA：2018年全球水力发电量达创纪录的4200 TWh

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5月13日，国际水电协会（IHA）发布《2019全球水电发展现状报告》 指出，2018年全球水电新增装机容量超21.8 GW，累计装机总量达到1292 GW，累计发电量则达到创纪录的4200 TWh。中国以8.5 GW新增装机容量位居首位，巴西（3.9 GW）紧随其后，巴基斯坦（2.5 GW）排名第三；巴西已超越美国成为水电累计装机容量第二多的国家。报告具体内容如下： 1、水力发电在2018年创历史新高 2018年全球水力发电量达到了4200 TWh，新增水电装机容量21.8 GW（包括近2 GW的抽水蓄能），水电累计装机总量达到了1292 GW。就地区而言，东亚和太平洋地区再次成为水电发展最快的地区，新增装机容量9.2 GW，其次是南美洲（4.9 GW）、南亚和中亚（4 GW）、欧洲（2.2 GW）、非洲（1 GW）、北美和中美洲（0.6 GW）分列三到六位。就国家而言，中国以8.5 GW再次领跑全球水电新增装机排行榜，紧随其后的是巴西（3.9 GW）和巴基斯坦（2.5 GW）。截至2018年，中国水电累计装机达到352.3 GW，是全球最大的水电生产国；巴西的水电装机总量达到了104 GW，超越美国（103 GW）居全球第二。 2、抽水蓄能对能源转型越来越重要，但政府和市场对其认识不足 抽水蓄能已被认为是现代和未来清洁能源系统的重要组成部分，风能、太阳能等波动性可再生能源电力的大幅增加使得电网稳定性面临日益严峻的挑战，也促进了对抽水蓄能的存储能力的需求上升。目前，抽水蓄能占全球储能装机容量的94%以上，与其它形式的储能相比，抽水蓄能在成本、可持续性和规模上均具有优势，抽水蓄能技术的广泛运营已经证明了其能够满足波动性可再生能源增加对电网稳定性的要求。尽管世界各地开始重视抽水蓄能，但未能深入认识其价值，开发进展缓慢，市场激励不足，政策和监管框架限制了其发展。与传统水电相似，抽水蓄能项目面临投资回收周期长、前期投资成本高等问题，此外，其未来的收益难以预测，为能源系统提供的辅助服务也不能获得足够的回报。因此，不仅应将抽水蓄能视为备用发电设施或辅助电网服务供应来源，还应将其视为能够为区域和地方能源及水系统提供效益的资源，需要制定与抽水蓄能技术相匹配的市场政策和监管框架以促进其发展。 3、水电迎来了数字化转型的新时代 目前，越来越多的水电设施正在向数字化系统和流程转型，水电项目设计、运营和维护方式的革命将确保水电能够很好地发挥其在清洁能源未来中的作用。现代水电开发的早期规划和设计阶段将图纸和计划转换为数据，以创建电厂的计算机模型，对多种使用场景和配置进行模拟；增强型数字控制系统可以提高涡轮机和发电机的性能，有助于延长水电设施的使用寿命；使用先进性能监控分析可以优化运营和维护并降低成本，同时可以通过关键性能指标（KPI）自动跟踪和基准测试来改进维护流程；随着数字传感技术与人工智能的结合，状态监测变得越来越精细（可以获得大量的多维度数据），智能状态监测和诊断可以通过远程收集数据并同时对其进行全方位分析来改进故障诊断，从而在设备发生故障之前检测到组件故障或设备老化问题；创新的解决方案，例如使用无人机进行设施和环境检查，成为一种新的先进状态监测手段。在全球范围内，数字技术正被大规模地整合到现有水电设施中以实现其现代化，提高电网灵活性和安全性。水电系统的数字化升级通过提供更高灵活性和增强控制性的辅助服务，使抽水蓄能和传统水电能够与其他可再生能源共同运行。这也为水电数字化带来了新挑战：数字化过程需要超越用于电站层面的规划和运营的数字控制系统，在电力系统层面采用适应更快、更灵活运营的数字技术；针对数字技术普及带来的安全漏洞，通过网络安全监控和快速响应系统增强安全防护；通过远程操作和自动化流程对劳动力进行重新部署；进行技能培训以适应数字化系统。 4、电力市场的区域合作促进水电发展 通过区域互联整合电力市场有助于各国更有效地利用水电和其他可再生能源，北欧电力市场为其他地区提供了借鉴和学习的案例。北欧国家拥有世界上最先进的跨境电力系统，将挪威、瑞典、芬兰、丹麦和波罗的海国家整合到一个共同的区域市场。北欧的电力主要由水电、核电、煤电和风电构成，通过区域互联使各国能够获得各种能源资源并更有效利用水电，如丹麦处于低风力条件时能够使用挪威的低成本水电，以及将水电用作互联国家火电的补充能源储备。通过区域合作，提高了能源安全性，并在面对波动性可再生能源和气候变化时具有更大的弹性。

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发布时间: 2019-08-05

48. 日本NEDO启动驳船式漂浮平台风力发电实证研究

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6月8日，日本新能源产业技术综合开发机构（NEDO）宣布在北九州市的海域开展基于新一代驳船式漂浮平台的风力发电技术的实证研究项目 ，旨在验证技术的成熟度，推动技术进步以进一步降低该技术的发电成本，使其能够达到与固定式海上风力发电相当的价格竞争力，加快浮动式海上风电的推广普及。 本次项目采用的新一代驳船式漂浮平台是由NEDO与日立造船厂共同制造， 相比普通的半潜式漂浮平台，其体积更小、重量更轻，沉入水中的结构体吃水深度较浅，能设置在水深约50米的浅海区。该新型驳船式漂浮平台将被运至福冈县北九州港，在那里安装3 MW容量的风力涡轮机，随后运至距离北九州港响滩地区约15公里的海域，进行停泊和连接电缆，然后开始实证运转。在实证研究后，将根据测量数据进行设计修正，同时开发浮动式海上风力发电系统高效维护管理技术，以确立低成本高效的浮动式海上风力发电系统技术。 编者按：浮动式海上风电致力于收集更高处的海上风力资源。因为高度越高，风速就更强，风力也就更稳定。使用浮动式风电设备，开发人员可以对更广阔的区域加以利用，以避免附近的风力涡轮机或其他风力发电场的相互干扰。目前，世界各地陆续启动了2-7 MW级别浮动式海上风力发电的实证研究，进行技术-经济验证评估。

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发布时间: 2018-09-12

49. 气固相反应法实现大面积高性能钙钛矿太阳电池制备

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钙钛矿太阳电池的转换效率在短短数年时间内便突破23%，且具备成本低廉、工艺简单等优点，成为近年来光伏研究领域的热点。然而稳定性、重现性和工艺放大问题阻碍了该电池商业化进程。由日本冲绳科学技术大学院大学Yabing Qi教授牵头的国际联合研究团队利用简单的气固相反应法制备了无针孔高成膜质量的微米级氯元素部分替代掺杂的钙钛矿薄膜，小面积（0.1 cm2）电池光电转换效率达到了19.1%，大面积（5×5cm）电池也高达15.3%，且具备优异的稳定性和重现性。研究人员首先在100℃温度下将氯化铵（CH3NH3Cl, MACl）与碘化铅氢（HPbI3）前驱体混合液反应制得氯元素部分替代碘的复合物HPbI3(Cl)薄膜，且扫描电镜显示产物薄膜厚度高达近1 μm（一般情况钙钛矿薄膜厚度在500 nm左右，厚度越薄形貌越难控制），得益于厚度增加，薄膜表面粗糙度显著减少，即薄膜平整度提升，且实现了无针孔的百分百覆盖率。接着将HPbI3(Cl)薄膜暴露于MACl气氛中进行固气反应生成MAPbI3(Cl)，随后在空气环境中（相对湿度40%-60%）进行退火处理使其结晶。X射线衍射峰显示退火后的MAPbI3(Cl)薄膜在14.1°和28.2°呈现出典型特征峰，证实了薄膜确为钙钛矿结构。二次离子质谱法对材料成分进行分析确认Cl元素确实掺入到上述薄膜当中。随后将其用于组装电池器件并进行电化学性能测试。在1个标准的模拟光照下，对16个相同规格的未封装器件（0.1cm2）进行了电压电流性能测试，所有电池转换效率的偏差不超过0.4%，表现出优秀的重现性，稳态平均光电转换效率达到19.1%，最优转换效率更是达到了20%，且基本没有迟滞现象；老化测试显示电池能够稳定运行1600小时，表现出优异的稳定性。接着制备了5×5cm的大面积钙钛矿太阳电池器件，光电转换效率可达15.3%。该项研究通过气固两相反应方法制备了高结晶度、无针孔全覆盖的微米级厚度的氯元素部分掺杂的钙钛矿薄膜，基于该薄膜电池器件表现出了优秀的重现性和稳定性，且薄膜面积能够有效放大，为钙钛矿电池规模化商业生产积累了关键技术基础。相关研究成果发表在《Nature Communications》

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发布时间: 2019-01-04

50. 欧洲光伏产业协会：2023年全球光伏累计装机预计超1000 GW

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5月14日，欧洲光伏产业协会（SolarPower Europe）发布《2019-2023年全球太阳能光伏市场展望》报告 ，对全球及主要光伏市场的现状和未来五年的发展趋势进行了展望分析。 相比2017年，2018年全球光伏装机容量增长了4%，但较前两年的装机增长率（2016年为50%、2017年为30%）出现了回落，主要原因是中国政府减少了上网电价补贴导致本地区光伏市场新增装机显著萎缩。尽管增幅放缓，但2018年依旧是光伏发展史上极具里程碑意义的年份，因为全球新增光伏装机容量首次突破100 GW大关，达到102.4 GW的历史新高，超过所有其他电力资源（如化石能源、核能、风能）增量，使得全球累计装机达到了509.3 GW。总体而言，2018年不同地区光伏市场都取得了不同程度增长。其中亚太市场依旧是全球光伏增长最为强劲的地区（新增装机71.3 GW），使得该地区累计光伏装机容量达到了295.7 GW，占到了全球光伏装机总容量近6成（58%），是全球第一大光伏市场。紧随其后的是欧洲光伏市场，新增11.3 GW的装机容量，同比增长21%，累计装机达到125.8 GW，占全球光伏装机总容量的24%。而美洲地区以78.2 GW累计装机位列全球第三大光伏市场，在全球光伏装机总容量中的占比为15%。同期中东和非洲地区的光伏市场也取得了增长，使该地区的累计装机总量增长到了9.6 GW，全球占比提升至1.7%。 图1 2000-2018年世界主要地区光伏累计装机容量发展态势（单位：GW） 2018年，尽管中国光伏装机增长放缓至44.4 GW（2017年是52.8 GW），但依旧是表现最为强劲市场，是同期全球光伏装机净增量最大的国家，占到全球新增装机容量的43%；紧随其后的是美国，2017年新增光伏装机容量为10.6 GW；印度、日本和澳大利亚分居三至五位，分别增加了8.3 GW、6.6 GW和5.3 GW。 截至2018年底，全球累计光伏装机前10个国家的装机容量均超过7 GW：其中中国以173.2 GW（占全球总装机的34%）独占鳌头；美国和日本分别以62.1 GW（12%）和55.9 GW（11%）分列二、三位；德国（45.8 GW, 9%）、印度（25.5 GW，5%）、意大利（19.9 GW，4%）、英国（13 GW，3%）、澳大利亚（12.6 GW，2.4%）、法国（10.2 GW，2%）和韩国（7.7 GW，1.5%）分列四到十位。 图2 截止2018年底全球累计光伏装机前10位国家的占比 报告通过情景模拟（高增长情景、中间情景和低增长情景）对未来五年全球光伏市场发展做出展望：预计2019年全球光伏市场年度新增装机容量有望突破80 GW，累计装机容量将达到593.9-692.6 GW之间（不同情景预测结果不同）；到2023年，年度新增装机容量则会达到125.6-263.9 GW之间，累计装机容量将达到1043.63-1610 GW。但无论哪种模拟情景，有两点是肯定的：2019年全球光伏累计装机容量将突破590 GW，到2023年将超过1000 GW；亚洲将毫无疑问继续主导全球光伏市场。在此期间，中国仍将是全球最具活力的光伏市场，预计到2023年新增装机容量有望超过200 GW。 图3 到2023年不同情景下全球光伏累计装机容量发展趋势预测（单位：GW） 就主要国家而言，未来五年（中间情景），美国预计新增装机 70 GW，累计装机有望达到116 GW，从而保持其全球第二大光伏市场位置。同期，印度预计新增装机88.7 GW，累计装机预计达到116 GW。日本预计新增26.5 GW，累计装机有望达到82.3 GW。德国预计现在26.7 GW，累计装机预计达到72.6 GW，仍将是欧洲最大的光伏市场。西班牙预计新增装机19.4 GW，累计装机有望达到25.3 GW，跻身欧洲第二大光伏市场。总体而言，未来五年全球光伏市场发展前景乐观。尽管如此，光伏发展还是有很大提升空间。依据IRENA的测算，如果要实现《巴黎气候协定》中承诺的全球温升控制在2℃以内水平，就要求到2050年前平均每年新增光伏装机要达到400 GW水平，因此目前的发展速度还是不够的，需要全球各国加大努力和合作。

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发布时间: 2019-08-05

51. 纸基微生物燃料电池展现高性能高环保特性

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微生物燃料电池（MFC）作为一种能够自组装、自修复、自我维持、环境友好的生物电源，具有相当高的生物兼容性和电化学稳定性，在柔性可穿戴电子器件（如生物传感器、智能手环）领域有着广阔的应用空间。纽约州立大学宾汉顿分校的Seokheun Choi教授课题组设计开发了新型可降解、高性能、低成本的纸基MFC，既可促进可穿戴电子设备的发展，又可减少电子垃圾保护环境。 研究人员首先对纸张基底进行化学处理，即通过旋涂法将可降解可导电的有机聚合物PAA或PPDD与纸张整合形成聚合物包覆的复合纸作为质子交换膜，包覆的聚合物薄膜可以有效地封住纸张的微孔隔绝空气，提升质子的传输收集效率。接着以该复合纸作为基底，经制模、丝网印刷、喷碳等工艺步骤分别在纸张的正、反面对柔性正、负极进行加工，并对纸张表面不同区域采用亲水化或疏水化处理的方法来定义正极区和负极区。电化学性能测试显示，采用PAA复合纸基底MFC和PPDD复合纸MFC最大功率都比较传统的蜡基底MFC高（其中PAA是2倍高，PPDD是3倍高），但都低于传统全氟磺酸膜MFC（其中PAA是全氟磺酸膜MFC最高功率的55%，PPDD是80%）。为了进一步改善电池性能，研究人员对基底的厚度进行了优化，发现当旋涂两层PAA的MFC性能是所有电池中最优的，电流密度达到26 μA/cm2，最大功率密度为4 μW/cm2。进一步测试了电池在水中的降解情况，结果显示电池在水中明显降解，并且无需任何特殊装置、条件或引入其他微生物，经过14天就基本降解完成，即不会产生电子垃圾，具有良好环保性。通过技术的经济评估发现，PAA或者PPDD的复合型纸基MFC表现出的功率成本比（2.2-3.3 µW/$），比全氟磺酸（0.17 µW/$）和蜡基MFC都高（1.1 µW/$），展现出更高的成本竞争力。 该项研究开发了新型的纸基微生物燃料电池，不仅具有优异的性能还展现出良好的环保性和低成本优势，为柔性电子器件的电池发展提供了新路径。相关研究成果发表在《Advanced Sustainable Systems》。

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发布时间: 2018-10-26

52. 铂纳米和有机分子共催化剂实现可见光驱动全解水产氢析氧

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在全球能源紧缺和气候变化挑战的大背景下，既能产氢又能产氧的光催化全解水技术逐渐成为了全球科学家关注的热点研究方向。然而，当前高效的催化剂大都光响应范围较窄，即只吸收紫外光，对可见光和近红外基本不吸收，且需要牺牲剂和额外的能耗。德国慕尼黑大学的Jacek K. Stolarczyk教授研究团队联合维尔茨堡大学的研究人员制备了全新的铂（Pt）纳米催化剂和有机分子催化剂（Ru(tpy)(bpy)Cl2）共同修饰的硫化镉（CdS）纳米棒，实现了在无牺牲剂的情况下可见光驱动全解水产氢和析氧。要同时实现产氢和析氧就必须让光照产生的电子空穴对能够快速分离且不发生复合逆反应。为此，研究人员提出共催化剂设计思路，即利用CdS纳米棒形貌实现对氧化位点和还原位点的空间分离，即一方面把Pt颗粒生长在纳米棒的尖端，这些Pt颗粒充当了光吸收激发的电子受体，也即充当还原剂负责将水还原为氢气；另一方面，Ru(tpy)(bpy)Cl2基氧化催化剂锚定于CdS纳米棒的周边位置，主要负责产氧。通过上述处理让CdS纳米棒同时具备还原和氧化催化功能，从而能够同时进行水氧化和还原以制备氢气和氧气。基于上述思路，研究人员首先通过热注入法制备了CdS纳米棒，随后通过热分解法在纳米棒的两端生长Pt纳米颗粒催化剂，在二甲基二硫代氨基甲酸钠官能团化学键作用在纳米棒的周边键合上Ru(tpy)(bpy)Cl2基有机分子氧化催化剂，从而形成了Pt纳米颗粒和Ru(tpy)(bpy)Cl2共修饰的CdS复合纳米棒。时间分辨光谱表征表明了CdS复合纳米棒具备了高效的电荷分离以及超快电子和空穴转移到反应位点特性（电子快速转移到纳米棒两端、空穴快速转移到纳米棒的周边），有效避免了电子空穴的复合。在无牺牲剂、温和酸性条件下（pH=6）和20 mW cm-2强度的Xe灯照射下，对CdS、CdS-Pt以及Pt纳米颗粒和Ru(tpy)(bpy)Cl2共同修饰的CdS复合纳米棒的光催化进行测试，对产物的探测结果显示纯粹的CdS纳米棒没有任何产物产生，而只有Pt纳米颗粒修饰的CdS-Pt系统只探测到氢气，产率为20 μmol gcat-1h-1，也即量子效率为4.9%，表明了电子确实有效地转移到纳米棒的两端。而CdS复合纳米棒产物探测显示既有氢气又有氧气，其中CdS复合纳米棒在每纳米棒10个催化分子（Ru(tpy)(bpy)Cl2）时候，检测到产氧的效率达到71 μmol gcat-1h-1；当每纳米棒83个催化分子时，检测到氧气产生速率增加至170 μmol gcat-1h-1；上述析氧效率相当于前者的表观量子效率为0.10%，后者为0.27%。该项研究精心设计了贵金属纳米颗粒和有机分子双催化剂共同修饰的CdS纳米棒，将氧化剂和还原剂同时引入并利用CdS纳米棒形貌实现对氧化位点和还原位点的空间分离，实现了电子和空穴的高效分离和转移，从而实现了光驱动全解水产氢和析氧，为设计开发高效的全解水催化剂提供了新思路。相关研究工作发表在《Nature Energy》。

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发布时间: 2019-01-03

53. IEA：核能将在全球能源转型中扮演关键角色

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5月28日，国际能源署（IEA）发布《清洁能源系统中的核电：低碳发电的关键来源》报告 指出，核电在发达经济体中的发展前景不明朗，发电量可能出现急剧下降，这将威胁能源安全和气候目标。核电是当前第二大低碳能源，占全球发电量的10%，然而由于政策、经济和监管因素，发达经济体老化核电厂开始逐步退役。如果政策没有变化，到2025年发达经济体核电装机容量将减少25%，到2040年将减少2/3，这将导致全球增加40亿吨碳排放。报告认为，核电能够为全球能源转型做出重要贡献。针对选择保留核电的国家，IEA为决策者提出了八大战略性建议。报告具体内容如下： 一、全球核电现状 1、核电将在全球清洁能源转型中发挥关键作用。2018年核电占全球发电总量的10%。截至2019年5月，全球31个国家共有452座核电反应堆投入运行，总装机容量约为400 GW。核电占发达经济体发电总量的18%，且是其最大的低碳发电来源，过去50年中贡献了一半的低碳电力。然而，由于发达经济体的核电设施逐渐老化退役，新建核电容量逐年减少，核电在全球电力供应中占比逐年下降。尽管风能和太阳能大幅增长，由于核电的衰退，2018年清洁能源在电力供应中占比仅为36%，与20年前水平相同。全球能源系统的转型以电力系统为基础，要实现可持续发展情景目标，清洁电力的发展要比目前快三倍，到2040年，清洁电力占比需从当前的36%增加至85%。核电是低碳电力不可或缺的部分，到2040年核电的发电量需增加80%。此外，核电还有助于维持电网的稳定。 2、延长核电站运行寿命对能源转型重回正轨至关重要。目前发达经济体核电站的平均运行寿命是35年，欧盟和美国拥有全球最大规模的在运核电站（超过100 GW），其核反应堆的平均运行时间分别为35年和39年，而通常核电站的设计寿命为40年，发达经济体约有1/4的核电机组将在2025年前关闭。政策和监管框架决定了核电机组的命运，如对现有机组延长寿命的许可。此外，经济因素也起到一定作用，延长核电机组寿命所需成本比新建机组要低得多，但较低的批发电价和碳价以及反应堆冷却水的环境监管新规导致的冷却水系统升级，增加了核电站的经济压力，大多数发达经济体的核电站都有提前关闭的风险。 3、新核电项目投资阻碍过大。新建大型核电项目面临一系列投融资问题，包括前期投资过大、交付周期过长，施工问题、延误和成本超支，以及政策和电力系统结构的变动带来的风险，增加了投资回报的不确定性。 二、发达经济体核电的经济性 1、延长核电站运行寿命有助于提高核电的竞争力。在许多情况下，与新建其他低碳发电机组相比，获得监管机构的授权以延长核反应堆运行寿命所需的投资更具备经济性，能够使核电在电力市场具有竞争力。 2、影响核电收益的主要因素。电力行业的市场状况，尤其是发达经济体的市场状况近年来发生了显著变化，体现在：电力需求增长放缓，近年来大多数发达经济体的用电量基本保持不变甚至出现下降，2010年至2017年间，其电力需求平均每年增长0.3%，不到前十年的三分之一；可再生能源发电量迅速增加（尤其是风力发电和太阳能发电）挤占了市场份额，并压低了批发电价；美国等市场天然气价格的降低对核电经济性也有影响；碳价仍然过低，不足以提振核电的经济性。上述四个因素导致所有拥有核电厂的发达经济体市场的批发电价下降，影响了核电的收益。 三、核电衰退的影响 1、减少核电投资将导致能源转型更为困难。IEA根据各国现有和计划实行的政策（即“新政策情景”）预测，2018至2040年期间，核能发电量年均增速预计为1.5%，其在发电总量中的份额将从10%略微下降到9%。而在可持续发展情景下，核电的作用则更为重要：到2040年，核电发电量年均增速将达到2.8%，其在电力结构中的份额将达到13%。假设除了已经在建项目外，不再新建核电站，也不对现有核反应堆进行投资以延长寿命，发达经济体的核电装机容量将从2018年的282 GW减少到2040年略高于90 GW，下降约三分之二。欧盟的下降最多，超过100 GW，其在运行的126座反应堆有89座将于2030年退役，到2040年，现有的反应堆中将只有15座在运行，其中有4座是当前在建的反应堆。美国几乎所有在运行机组都已延长了20年寿命，但到2040年其核电装机容量也预计减少大约一半。根据新政策情景的目标，核电衰退导致发电量的下降需要化石燃料和可再生能源来补充，到2040年天然气等化石燃料将占发电量净增量的60%，风能和太阳能则占剩余大部分。天然气将成为最大的电力来源，占电力结构的30%。发达经济体由此而增加的用于发电的天然气消耗将占天然气总消耗量的4%。到2040年，二氧化碳累计排放量将增加近40亿吨，使得实现碳排放目标更为困难。为了抵消核电退役机组而新建的发电机组和电网基础设施建设将使投资需求增加近3400亿美元。未来二十年需要新建的光伏和风能发电容量将接近过去二十年的五倍，这需要克服更多非市场障碍，如公众的接受及相关的电网基础设施改造。另外，核电有助于集成波动性可再生能源，核电的衰退将降低电力系统灵活性。 2、增加可再生能源发电以弥补核电缺口将导致更高成本。如果任由核电衰退，2018年到2040年发达经济体电力部门将需要增加约1.6万亿美元的低碳电力投资，这是由于增加新的可再生能源发电机组比延长现有核电机组寿命的投入更高，扩展输电网络和升级现有电网线路也会导致成本增加。而在运营方面，核电燃料成本很低，运营和维护成本占比也很小，取消核电并不会节省多少运营成本。因此，如果不延长现有核电站寿命或新建核电站，发达经济体的电力供应总成本每年将平均增加近800亿美元。 四、发展核电的战略性建议 针对选择保留核电的国家，IEA为决策者提出了八大战略性建议，包括： （1）保持核电选择权：尽可能安全地授权现有核电站的寿命延长许可。 （2）确保核电在电力市场的价值：设计电力市场以确保包括核电厂能够以有竞争力和公平的方式得到财政补贴。 （3）重视非市场效益：与其他低碳能源建立公平的竞争环境，以确认核电的环境效益和能源安全效益能够得到体现。 （4）更新安全法规：必要情况下更新安全法规，以确保核电厂的持续安全运行，在技术可行的情况下能够提供辅助服务以提升电网灵活性。 （5）建立有吸引力的融资框架：建立风险管理和融资框架，以撬动更多企业资金，同时考虑核能项目的风险状况和长期评估。 （6）支持新核电站的建设：确保许可流程不会导致项目延迟和成本增加，支持新反应堆技术的标准化建设工作，并不断总结经验。 （7）支持新型反应堆设计：加快新型反应堆设计创新，例如小型模块化反应堆（SMR），此类技术能够降低资本成本，缩短交付周期，提高核电厂运行灵活性，促进风能和太阳能的集成。 （8）维护人力资本：保障和发展核电人力资本及项目管理能力。

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发布时间: 2019-09-09

54. 黑磷量子点催化剂有效抑制锂硫电池穿梭效应

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锂硫电池的理论比能量可达2600 Wh kg−1，是商用锂离子电池的3-5倍，作为新一代储能器件引起广泛关注。然而聚硫化物穿梭效应使得该类电池循环能力和容量迅速衰减，成为了锂硫电池商业化应用的一大障碍。由香港理工大大学Shu Ping Lau教授牵头的联合研究团队设计制备了新型的黑磷量子点（BPQDs）催化剂应用于锂硫电池，有效抑制了多硫化物的“穿梭效应”，大幅改善锂硫电池倍率性能和循环寿命。研究人员将黑磷（BP）块体置于甲基吡咯烷酮溶液中，经过超声、离心，制备了不同尺寸的BP纳米片（BP-400、BP-800）和BPQDs。透射电镜表征显示，BP-400、BP-800和BPQDs纳米片平均尺寸分别为400nm、800nm和4.5 nm。将制备的三种尺寸的BP纳米片置于含有多硫聚物Li2S8（锂硫电池放电中间产物，量越多电池性能衰退越快）的四乙二醇二甲醚溶液当中进行恒电流的Li2S沉积实验，结果显示BPQDs表面沉积最多的硫化锂（Li2S），意味其能够更加有效地吸附多硫聚物并将其有效催化转化为Li2S，即BPQDs是良好的锂硫电池催化剂材料。通过密度泛函理论（DFT）计算可知，BPQDs纳米片与Li2S8具有很强的表面相互作用，尤其是BPQDs纳米片边缘活性位点与Li2S8相互作用最强，即通过缩减BP纳米片，可以大大提高BP对多硫聚物的吸附性从而达到抑制“穿梭效应”的目的。X射线光电子谱（XPS）表明BPQDs对多硫聚物强吸附作用主要是通过P-S和P-Li键与多硫聚物发生强烈相互作用实现的。BP量子点催化活性位点对多硫聚物的强吸附和快速催化转化促进了Li2S的沉积，这使得多硫聚物在正极中的使用率更高，从而有助于电池性能提升。随后研究人员将BPQDs结合到硫纳米（S）颗粒负载的多孔碳纤维（PCNFs）形成的PCNF/S/BPQDs复合材料，作为正极应用到锂硫电池并进行电化学性能测试。测试结果表明（1.7-2.8 V电压区间、0.1C[1C=1675 mA g-1 ]倍率下），含有BPQDs的复合正极电池初始的放电比容量高达1385 mAh g-1，远远高于无BPQDs的PCNF/S电极电池（907 mAh g-1）。长期循环稳定性测试显示，经过200次充放电循环后，PCNF/S/BPQDs正极电池放电比容量依旧高达1072 mAh g-1，平均单次循环衰减率仅为0.06%；相反，PCNF/S正极电池放电比容量大幅衰减到了623 mAh g-1，平均单次循环衰减率达到了2%；表面了引入BPQDs确实能够有效地抑制多硫聚物的“穿梭效应”。而将放电电流提升到4C时，PCNF/S/BPQDs正极电池依旧可以获得高达784 mAh g-1放电比容量，1000次循环中每次循环容量衰减仅为0.027%，展现出优异的高倍率性能。该项研究合成制备了新型的BPQDs催化剂应用于锂硫电池正极，有效抑制多硫聚物的“穿梭效应”，增强了电池的倍率性能和循环稳定性，为限硫增效提供了一种新的方向策略。相关研究工作发表在《Nature Communications》。

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发布时间: 2019-01-03

55. IRENA：2017年全球可再生能源行业从业人员首破千万大关

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5月初，国际可再生能源机构（IRENA）发布《可再生能源行业就业现状2018》 报告指出，得益于成本下滑和政策扶持，2017年全球可再生能源行业（包括大水电）从业人员新增50多万人，使得这一领域累计创造的就业人数首次突破1000万大关达到1030万人，较2016年增长5.3%。全球可再生能源行业重心持续东移至亚洲，全球超6成的从业人员集中在该地区；其中，仅中国就有388万人（不包括大水电）从事可再生能源行业，占全球该行业从业人员总数的近38%。 图1 2012-2017年可再生能源行业就业人员数量变化情况（单位：百万人） 从地域来看，中国（388万人）、巴西（89万人）、美国（78万人）、印度（43万人）、德国（33万人）和日本（28万人）依旧是可再生能源行业从业人员最多的国家，合计创造的就业岗位数占全球70%。尽管越来越多的国家开始加入到可再生能源行业当中，但大部分就业人员仍旧集中在少数的亚洲国家，2017年全球有60%的可再生能源相关工作集中在该地区（图2），尤其是安装与制造方面的工作。受益于光伏发电行业从业人员的大幅增加，2017年中国可再生能源行业的从业人数同比增长5%，保持了全球可再生能源第一就业大国地位。受到液体燃料和大型水电行业蓬勃发展的驱动，巴西可再生能源行业就业人数小幅增长2%。美国可再生能源从业人员小幅增加了1%，是风能快速发展的结果。得益于生物质发电和风力电行业一片欣欣向荣，欧盟范围内可再生能源从业人员从2016年的119万人增加到了2017年的近127万，其中德国以33万就业岗位成为欧盟可再生能源从业人员最多的国家，英国和法国分别以11万和10万位列二三位。受到上网电价补贴取消和土地缺乏的影响，日本光伏行业遭遇了滑铁卢，从业人员大幅下滑10%，受此影响整个可再生能源产业的从业人员减少约3万人。 图2 2017年全球各地区可再生能源行业（不包括大水电）从业人员 从技术领域来看，2017年太阳能光伏产业依然是可再生能源产业最大的就业领域，其在制造、安装、维护及运营等方面共创造了近340万个就业岗位，同比增长8.7%。其中中国光伏行业就业人员数量增加13%至220万人，占全球光伏行业就业人员总量的近三分之二，是全球第一大光伏就业市场。美国和日本就业人数均出现下滑情况，但即便如此，两国依旧是继中国之后的第二、第三大光伏就业市场。印度就业人数出现强劲增长，是光伏装机大幅增长的结果。而欧盟则继续呈现下滑态势，主要原因是欧盟新增光伏装机有限。2017年风电行业从业人员数量较去年小幅下降0.6%至115万人，与光伏产业类似，大部分就业人数都集中在少数的几个国家。其中仅中国风电就业人员数量就占到全球风能就业总量的44%，其次是欧洲和北美，分别占30%和10%。生物燃料行业从业人员总数较去年增长了12%，达193万人，大部分的工作集中在农作物原料供应链领域（生物质原料种植和收集）。拉丁美洲是生物燃料就业人数最多的地区，占全球生物燃料行业就业总人数的近50%，其次是东南亚（21%）、北美（16%）和欧洲（10%）。水力发电行业就业人数为179万人，其中小型水电从业人员29万人，大型水电150万人。大型水电行业就业人员数量较2016年下降10%，主要原因是中国和巴西水电装机低于预期。尽管装机少于预期，但中国依旧是全球大型水电就业人数最多的国家，占全球大型水电就业人数总量的21%，其次是印度（19%）、巴西（12%）、俄罗斯（4%）和巴基斯坦（4%）。 图3 2017年全球可再生能源不同行业从业人员情况

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发布时间: 2018-06-01

56. 英国发布面向2030年海上风电产业战略

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3月7日，英国商务、能源与产业战略部（BEIS）发布了面向2030年的《海上风能产业战略》 报告，明确提出到2030年将英国海上风电装机容量增加到30 GW，实现海上风电电力占比30%的目标，维持强化英国在海上风电产业的全球领先地位，提出了英国海上风电产业的战略性发展建议。主要内容如下： 一、将海上风电产业打造成最具创新活力的经济部门 1、产业界行动 （1）海上风电企业将建立系统海上风电优化管理和运营工作组（SMOTG），为海上风电系统集成并入大电网提供创新的解决方案。SMOTG还将发布技术路线图以确定合作开发系统集成技术的机遇，如储能技术和风能到氢能的转化技术。 （2）风电企业应加强与英国大学和研究机构合作，持续推进海上风电技术的研发创新以提高产业链的生产力和竞争力。 （3）产业界应与政府紧密合作，建立专有研发资金以满足海上风电行业研发及商业化发展资金需求，加速海上风电技术的商业化。 2、政府行动 （1）政府应继续资助创新研发活动，进一步降低海上风电技术成本。创新活动包括提高英国海上风电电力质量和服务的竞争力，如用于测量、操作和维护的数字化和机器人技术等。 （2）政府和研究机构将与SMOTG合作，研究海上风电系统集成最佳创新解决方案。 二、培养海上风电产业劳动力 1、产业界行动 （1）开发技能培训需求分析和认证框架，以拓宽英国海上风电技能基础。开发海上能源“护照”（在英国境外认可），持有该“护照”就能在英国所有的海上相关行业工作，实现不同海上行业的“无缝对接”。 （2）引入劳动力和技能模型以跟踪和报告劳动力数据，分析技能差距，并确定发展目标和指标。 （3）增加海上风电产业劳动力的多样化和包容性，并采取行动将劳动力中的女性占比从目前的16%提高到2030年的33%甚至40%。 （4）制定完整的教育培训课程以进行海上风电技术专业培训。 （5）与大学合作以培养高技能的海上风电研发人员，同时与政府合作制定技能培训人员的目标（在2019年底前设定）。 2、政府行动 政府和地方行政部门将参与一项由产业界主导的人才投资小组，该小组将确保行业行动协调一致，并与政府的技能议程形成互补，还将与石油、天然气、核能和汽车等其他行业合作。 三、基础设施 1、产业界行动 （1）产业界到2030年将累计投资400亿英镑，对现有海上风电基础设施进行更新或者改造，确保实现2030年的海上风电发展目标。 （2）通过差价合约（CFD）机制保障投资确定性，继续降低海上风电成本，实现到2030年风电在无补贴情况下具备优异的价格竞争力。 2、政府行动 （1）未来10年，政府将为海上风电CFD提供5.57亿英镑补贴。 （2）政府将与产业界和其他利益相关方合作，解决海上风电规模化部署面临的问题，包括航空和雷达、陆上和海上电力传输、海洋和陆上的环境影响以及对其他海洋空间使用者（如导航和捕鱼）的影响。 四、商业增长 1、产业界行动 （1）产业界将建立更具生产力、竞争力和出口导向的供应链。成立供应链审查小组，审查整个供应链增长的机会和障碍。建立并资助一个新的海上风电增长伙伴联盟（OWGP），OWGP将实施结构化的生产力改进计划，并与开发商合作，以增强产业供应链。 （2）设定商业发展目标：到2030年海上风电项目在英国本土采购的设备和服务最低比例从目前的48%提高到60%。 （3）设立明确的海上风电出口目标：到2030年出口额增加5倍达到每年26亿英镑。目标出口国家和地区包括：欧洲、日本、韩国、台湾地区和美国等。 2、政府行动 （1）政府应维持支持出口导向型增长的关键政策和方案，继续其海上风电部门的出口支持计划，包括：有针对性的计划；帮助成长中的公司进入国际市场；促进贸易和外国直接投资；支持供应商提升竞争力和生产力；与开发商和供应商合作进入新市场。 （2）开发支持未来技术的框架。与产业界和其他利益相关方合作提出新技术，如符合竞争原则的海上浮动式风电和混合动力项目。 五、地区发展 1、产业界行动 产业界将与地方政府、区域经济发展机构合作，确定海上风电发展的优势区域及所需的具体基础设施和投资，以支持区域海上风电发展。 2、政府行动 政府将设立一个1.15亿英镑的地方资金来支持地方海上风电产业集群的发展，使地方政府、制造商、开发商、更广泛的供应链、学术界、创新机构（Ore Catapult）和培训提供商能够携手合作，打造海上风电创新集群。

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发布时间: 2019-05-25

57. DOE资助1000万美元支持热电联产技术研发

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9月7日，美国能源部（DOE）宣布资助1000万美元用于支持先进中小型热电联产（CHP）技术研发 ，旨在开发经济、高效、多种燃料源可用的中小型热电联产（CHP）发电技术，为电网运营商提供更加经济高效稳定的电力获取方式，利用CHP备用容量保障波动性可再生能源占比日益增加的电网运营的稳定性和弹性，为用户提供更高效、更经济、更安全可靠的电力服务，本次资助项目涵盖两大技术主题，包括：（1）电力电子和控制系统开发；（2）热电联产系统发电组件，具体内容参见表1。 表1 热电联产研发项目两大技术主题 主题 研究内容 电力电子和控制系统 （1）为热电联产系统开发一个功率可调的逆变器和相应的控制系统，使高速燃气轮机能够更有效地为电网提供支持，并易于应用在新的热电联产装置上或易于改进 （2）开发一套全尺寸的电网接口逆变器系统和控制解决方案，将中小型热电联产发电机与低中压公用电网连接。增强的微电网控制器将使热电联产系统操作员能够通过发电机和/或微电网控制器与大电网运行人员实现有机互动 （3）为灵活的CHP（F-CHP）系统开发一个功率调节系统（PCS）转换器和相应的控制系统。功率调节系统转换器和控制器将支持不同种类的CHP源，并且可以扩展以形成所需的功率，以用作CHP和中压（MV）网格之间的接口连接器。该研究工作可以使各种CHP/分布式能源资源（DER）协同工作，并直接与公用事业中压电网连接。该技术将来可以支持多个微电网设备 热电联产系统发电组件 （1）该项目将开发高温有机朗肯循环（ORC）发电装置，以在保持热电联产系统所需热能的同时为电网提供额外所需的电力，该项目开发的ORC将突破当前底循环后有效热能的限制 （2）通过计算机模拟标准技术展示关键的新颖组件，开发出改进的热电联产系统。主要使用超临界CO2底循环来增加电力输出以响应电网要求。该方法将优化电力系统的设计，开发一些关键部件（先进的热交换器）并在实际测试中验证其性能，以证明整个系统的可行 （3）扩大燃气轮机运行窗口以实现更大范围调节和更灵活功热比，并通过CHP实现对电网的支持。这将通过开发能够在高弹性运行期间维持低排放的燃烧系统来实现。该项目重点关注索拉Titan 130型燃烧室，以扩大操作窗口实现30%-40%低负荷运行 （4）开发一种模块化、可扩展的中压电源转换器，具有增强稳定性的电网支持功能，适用于在中小型美国制造工厂运行的未来灵活CHP系统。该项目通过先进的宽禁带半导体技术提供电力电子和控制系统的基础工作。它能够使用各种原动机技术实施到各种现有和未来的CHP系统中

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发布时间: 2019-01-04

58. 先进能源科技动态监测快报2019年第04期

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决策参考 IRENA：可再生能源驱动的再电气化是能源转型的重要路径 2 WindEurope：2018年欧洲海上风电新增装机2.6 GW 5 英智库：能源转型不确定性影响化石燃料投资者风险偏好 8 项目计划 DOE资助上亿美元推进事故容错型核燃料研发 10 DOE为大学主导涡轮机研发项目提供600万美元资助 11 DOE资助3800万美元支持改善燃煤电厂性能技术开发 11 前沿与装备 原位背接触钝化改善界面复合增强钙钛矿电池性能 12 新型磁场-机械-摩擦纳米发电机实现弱磁场高效磁电转化 13 镁掺杂高镍层状正极提升锂离子电池循环寿命 14 银-铜纳米二聚体催化剂实现高效CO2催化还原 15

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发布时间: 2019-08-05

59. 英国政府资助2300万英镑推动电动汽车电池技术创新

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6月11日，英国商务部宣布在“法拉第电池挑战赛（Faraday Battery Challenge）”框架下资助2300万英镑以支持英国电动汽车电池创新活动 ，旨在将汽车行业和学术界汇聚在一起，通过公私合作模式加速推进电动汽车电池技术研发，使英国成为世界领先的电动汽车研发中心之一。本次获得资助的项目包括：矿业咨询公司Wardell Armstrong将与自然历史博物馆以及科尼什锂业公司（Cornish Lithium）合作开展有关未来英国锂材料供应的研究，以满足未来电动汽车对锂的巨大需求；捷豹路虎领导研究项目将在保持安全的同时最大限度地提高电池性能；材料技术公司Granta Design将牵头研究人工智能在电池制造中的应用研究等多个项目。 本次资助是“法拉第电池挑战赛（Faraday Battery Challenge）”的一部分，该挑战赛于2017年由英国政府推出，旨在鼓励开发最新的电动汽车电池技术，从而加快英国向低碳经济的转型，帮助英国政府实现到2040年所有新汽车实现零排放的目标。截至当前，该挑战赛已向63个项目授予了总计8260万英镑的资助。

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发布时间: 2019-08-20

60. DOE资助4450万美元开展先进非常规油气开采技术研发

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6月26日，美国能源部（DOE）宣布资助4450万美元开展非常规石油和天然气（非常规油气）资源先进开采技术研发项目 ，旨在提升非常规油气资源的采收率，最大化美国非常规油气资源的价值，保障美国能源供应安全，促进经济可持续发展。本次资助主要聚焦两大主题，包括：（1）提高非常规油气资源的采收率；（2）提高对新兴非常规技术的运用。具体内容参见表1。 表1 非常规油气资源先进开采技术研发项目具体内容

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发布时间: 2019-11-20

61. 石榴石相固态电解质显著降低液态金属锂电池工作温度

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以熔融锂金属作为负极的液态金属电池具有极高的电容量，长久以来在工业领域有较广的应用。但由于锂金属熔点较高，电池工作温度一般在450℃以上，导致运营成本居高不下；此外，熔融盐中锂的溶解会导致自放电和较低的库伦效（<98%）。美国斯坦福大学的Yi Cui教授领导的研究团队设计开发了一种基于石榴石相结构固态电解质的液态锂金属电池，可在240℃左右温度稳定运行，同时展现出优异的电化学性能。 研究人员采用熔融锂金属为负极，熔融锡铅合金（Sn-Pb）或铋铅（Bi-Pb）合金为正极，选用石榴石相结构的锂镧锆钽氧化物Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12 (LLZTO) 陶瓷管作为全固态电解质，组装了两种结构的液体锂金属电池系统：Li||LLZTO||Sn-Pb和Li||LLZTO||Bi-Pb，其中熔融锂金属负极在LLZTO陶瓷管内部，合金正极在外部。管状陶瓷电解质一方面将熔融锂金属负极包裹在内，起到锂离子传导作用，同时可以作为隔层将锂金属负极与合金正极隔开。在240℃、50mA cm-2和100 mA cm-2电流密度下，Li||LLZTO||Sn-Pb和Li||LLZTO||Bi-Pb两种电池均可以稳定循环约一个月，且几乎没有容量衰减，平均库仑效率为99.98%，这是迄今为止已报道的工作温度最低的液体金属锂电池。并且，该电池还具有高功率特性，Li||LLZTO||Sn-Pb电池在电流密度高达300 mA cm-2时，功率密度为90 mW cm-2；Li||LLZTO||Sn-Pb电池在电流密度高达500 mA cm-2时，功率密度为175 mW cm-2。而就成本而言，全固态电解质LLZTO成本仅为0.037美元/克， Li||LLZTO||Sn-Pb和Li||LLZTO||Bi-Pb全电池成本依次为160美元/千瓦时和80美元/千瓦时，较为低廉。这种中低温、高安全性、低成本电池将在电网等大规模储能领域展现出广阔的应用前景。 该项研究巧妙设计了管状的石榴石型LLZTO全固态电解质，在此基础上制备了液态锂金属电池，在保持电池高性能和稳定性前提下，使电池的工作温度下探到了创纪录的240℃低温，为设计和开发高效低温的液态金属电池开辟了新路径。相关研究成果发表在《Nature Energy》。

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发布时间: 2018-09-19

62. NEDO资助36亿日元推进超临界地热发电技术研发

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3月22日，日本新能源产业技术综合开发机构（NEDO）宣布在“地热发展技术开发”框架下，将于2019财年资助36亿日元支持超临界地热发电技术开发 ，推进日本超临界地热资源开发利用技术（如超临界地热资源勘查评价技术、高效成井、热储精细描述技术等）的研究突破，进一步扩大地热在全日本的部署规模，减少温室气体排放。本次资助主要关注四大主题的研究课题，具体内容参见表1。 表1 NEDO超临界地热发电技术研究课题具体内容 技术主题 研究内容 超临界地热资源评价勘查技术调查研究 继续对日本北海道、东北、九州三个地区的高温（500℃）深部（深度达到4000-5000米）地热资源进行地球物理、地球化学综合调查以及钻探与试验、取样测试、动态监测，对赋存的超临界地热能与地热流体的数量和质量做出评价 超临界地热发电所必要的钻井技术和材料调查研究 1、完成与超临界地热发电技术相关的管道材料以及水泥材料相关的国外研究进展资料搜集，推进日本耐高温井筒流体和工作液材料、高温井下安全控制技术与地面冷却设备、耐高温保温井筒密封材料和工艺等技术的进步 2、开展国内外超临界地热钻探方法、工具研究开发进展的相关资料收集分析；在此基础上探讨最优的钻井候选地点、钻井计划及发电系统的方案，确保超临界地热发电技术具有和现有地热发电相当的成本（9-12日元/kWh） 超临界地热储层建模技术 1、建立合理的储层模型，分析热能开采中储层的温度、压力、流体密度等的演化规律，以及裂缝参数对于产热特征的影响 2、基于模拟研究指导开发先进的水力压裂建立人工热储层技术，并进行现场示范，以评价技术的效果 基于AI的新型勘探和钻探技术 1、采用AI技术对来自浅层温度分布和深层物理勘探数据进行机器深度学习分析，开发出数据中缺乏的深部温度分布、地质结构的解析技术 2、将测井方法和AI技术结合，开发出一种钻井辅助AI系统，对钻探获得的各种数据进行分析，评估钻头磨损率，提高钻探效率，降低钻井成本

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发布时间: 2019-05-25

63. 英国发布《未来建筑供暖框架》推进供暖行业低碳化转型

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3月19日，英国商业、能源和工业战略部（BEIS）发布《未来建筑供暖框架》报告指出 ，英国将采取行动在21世纪20年代逐步淘汰高碳化石燃料在建筑供暖中的应用。供暖行业是英国工业重要的组成部分。政府、企业和学术界必须联合起来共同推进供暖行业的低碳化转型，保持英国在供暖行业的世界领先地位。取消高碳化石燃料供暖可能是一项挑战，但也是新工作、新技能和创新投资的机会，同时为家庭和企业带来更大的舒适和便利。此外，接入天然气电网的建筑物脱碳，可能为未来更广泛的建筑物低碳化铺平道路。报告主要内容如下： （1）向清洁和低碳技术的转变是全球经济最重要的变化之一。在建筑和工业中脱碳是这一转变中最重要的部分之一。家庭和企业供暖造成了英国近三分之一的排放，而减少它们是清洁增长战略的一个重点。推动这些减排的创新和投资可以创造就业机会和出口机会。如果以正确的方式进行，减少与取暖有关的排放可以通过减少能源支出使每个人受益，这将有助于提高英国的生产力，改善空气质量。 （2）到2050年，减排目标至少要达到80%。这意味着在建筑物和大部分工业生产过程中，几乎所有的供热都要去碳化。因而，要在本世纪20年代开始淘汰碳排放较高的供热形式。在清洁增长战略（CGS）中，政府承诺从本世纪20年代开始，逐步停止在住宅和商业建筑中部署高碳化石燃料供暖。 （3）家用和非家用天然气网的清洁供暖技术可以作为石油和煤炭供暖系统的替代技术。通过开发新技术和现有技术进一步创新来降低成本是可能的。主要的技术包括生物燃料、生物萃取液、和生物丙烷、混合动力和燃气驱动热泵，以及包括热泵在内的电加热和农村供热网。 （4）储热式加热器用于一些家用产品，通常比热泵的安装成本要低得多。它们与热泵有着共同的优势，而更现代化的智能版本给消费者带来了比以往更好的操控体验。然而，其效率远低于热泵，因此消费者的运营成本更高。现代化的储热式加热器与智能功能相结合可能成为小型物业的一种选择，但可能需要多台储热式加热器才能满足农村住宅中较大热负荷需求，从而增加了成本。 （5）创新将是改善这些技术的关键。创新能够使它们更具吸引力，更适合家庭和企业，并降低成本。目前英国已启动1000万英镑的创新基金用于支持低碳供暖。 （吴勘 郭楷模）

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发布时间: 2018-05-27

64. GWEC：到2022年全球风电累计装机预计达840 GW

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7月4日，全球风能理事会（GWEC）发布《全球风电市场：2017现状和2022展望》 报告，2017年全球新增风电装机容量52.5 GW，使得全球风电累计装机达到了539 GW。随着技术进步和成本下滑，未来5年（2018-2022年）风电将持续快速发展，到2022年全球风电累计装机预计达到840 GW。报告系统分析了全球风电市场发展现状和未来趋势，主要内容如下： 1、2017全球风电市场情况 2017 年全球风电新增装机容量延续了2014年以来年度增幅超50 GW的态势，达到52.5 GW，但较2016年（54.6 GW）微弱下滑3.8%。 2017 年新增装机容量排名前五位国家依次为：中国（新增装机容量 19.6 GW，占全球新增装机总量的 37%）、美国（7 GW，占 13%）、德国（6.6 GW，占 13%）、英国（4.3 GW，占 8%）和印度（4.1 GW，占 8%）。截至 2017 年底，全球风电累计装机容量达到 539.1 GW，较2016年增长11%。 就地区而言，亚洲新增风电装机容量再次引领全球风电市场，欧洲和北美紧随其后，分列二三位。截止2017年底，全球有30个国家风电累计装机超过1 GW：18个在欧洲，5个在亚洲，3个在北美洲，3个在拉丁美洲，1个在非洲；9个国家累计装机超过10 GW，分别是：中国、美国、德国、印度、西班牙、英国、法国、巴西和加拿大。海上风电方面，2017年全球新增装机达创纪录的 4.3 GW，较2016年大幅飙升87%，使得全球海上风电累计装机达到18.8 GW，占全球风电装机总量的3.5%。伴随技术进步，风电成本不断下滑。2017 年，摩洛哥、印度、墨西哥和加拿大等国家的风电价格都在 0.03 美元/千瓦时左右，而墨西哥最近的招标价格更是创下了 0.02 美元/千瓦时历史性低价。而在德国，全球首个“无补贴”的海上风电项目成功实现招标，项目的装机容量为 1 GW，该项目的电价将不会超过电力市场的批发价格；2018年初荷兰也迎来了“无补贴”海上风电项目。 图1 2017年全球风电累计（左图）和新增（右图）装机容量前10位的国家（单位：MW） 2、至2022年全球风电市场展望 2018年，德国、英国和印度新增风电装机容量预计较2017年会有所下滑，但北美、拉美、中东和非洲预计会有所上涨，因此预计2018年全年全球风电新增装机容量会维持在2017年的水平。而随着经济持续复苏和风电技术进步，预计年度风电新增装机容量将在2019年冲破60 GW大关，且这一增幅态势将持续到2022年。因此，到2022年全球风电累计装机容量预计会达到840 GW。 未来5年，亚洲地区将继续引领全球风电市场，而中国将依旧保持全球第一大风电市场的地位。印度在全球风电市场中所扮演的角色将越来越重要。欧洲市场估计很难再出现2017年的增长。北美市场将持续稳健增长态势。拉美市场情况不一：巴西由于政治和经济问题使得其风电发展前景不甚明然，而阿根廷、智利和其他拉美国家则发展前景较为光明。为了实现可再生能源目标，澳大利亚将加速推进海上风电发展。 图2 2018-2022年全球风电市场发展态势预测（单位：GW）

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发布时间: 2018-10-15

65. IEA：2018年OECD国家原油产量强劲增长

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4月19日，国际能源署（IEA）发布《2018石油关键趋势》报告 ，从石油生产、炼油、贸易和库存等几个方面对2018年经合组织（OECD）国家的石油生产贸易情况进行了系统分析，主要内容如下： 1、石油产量 与2017年相比，2018年OECD国家原油、液化天然气和炼油原料的年度总产量增长了10.3%，年初时月度总产量更是达到了创记录的超过1亿吨，并且整个2018年都保持了这一高水平生产能力。产量增长的动力来自所有的OECD国家，其中OECD美洲地区增长最为强劲，同比增长12.2%，其次是OECD欧洲地区（+0.6%）和OECD亚洲大洋洲地区（+2.5%）。 2018年，OECD美洲地区产量在OECD总产量占比最高，达到85%；其次是欧洲地区（14.1%）和亚洲大洋洲地区（1.4%）。 美国产量在2018年第三季度创下历史新高，与2017年相比，2018年总产量同比增长17.1%，即增加了1.05亿吨。同期，加拿大的年产量也强劲增长了1900万吨（+8.1%），而墨西哥的产量继续下滑态势，减少了690万吨（-6.3%）。 由于大陆架上的多个新项目于2017年底上线投产，英国年度产量显著增长480万吨（+10.1%），成为OECD欧洲地区增长最为强劲的国家。2017年年中因现场储罐泄漏而关闭的Vald'Agri地区相关石油生产设施重新启用，使得意大利产量也显著增长12.6%，达到70万吨。同期，挪威产量下降了6.2%，抵消了意大利的增长，下降主要原因是2018年有几个油田处于维护状态造成成熟油田的自然产量下降。 由于新的液化天然气项目上线投产和凝析油产量增加，澳大利亚原油产量增长了60万吨（+4.4%）。受此驱动，同期OECD亚洲大洋洲地区的产量也有所增长。 2、炼油总产量 2018年OECD炼油厂总产量与2017年基本持平。就地区而言，OECD美洲地区小幅增长0.6%，但被OECD欧洲地区的（-1.5%）和亚洲大洋洲（-0.4%）的产量减少所抵消。 就OECD美洲地区而言，美国是整个地区增长最为显著的国家，主要原因是美国的中间馏分油产量大幅增加（+1.9%），因此美国也是美洲地区增长的主要贡献力量。同期，由于受到2018年下半年Madero炼油厂的维护延长的影响，墨西哥炼油大幅减少19.7%，成为美洲地区降幅最大的国家。 在OECD欧洲地区，炼油产量下降幅度最大的是德国（-4.4%），主要是因为2018年9月拜仁炼油厂爆炸导致最后一个季度的产量下降。在法国，由于2018年第二季度维护的增加，产量也出现了大幅下降（-5.9%）。总体而言，OECD欧洲地区所有国家的产量均有所下降。 受到定期维护计划和北海道炼油厂的计划外停工影响，日本产量大幅减少800万吨（-4.9%）。韩国（400万，+2.5%）和澳大利亚（300万，+12.6%）的增长则在一定程度上部分抵消日本的下降。但总体而言，OECD亚洲大洋洲地区产量还是出现了小幅下降。 3、石油贸易 与2017年相比，OECD国家的原油、液化天然气和炼油原料进口总量下降了2.7%。OECD欧洲地区进口下降幅度最大（-3.0%），其次是美洲（-2.7%）和亚洲大洋洲地区（-2.0%）。 OECD从伊朗和俄罗斯进口的原油、液化天然气和炼油原料总量分别大幅下降41.6%和9.8%，然而从美国进口数量则增长了55.1%。从沙特阿拉伯的进口量也下降了2.8%，但沙特仍超越俄罗斯成为了2018年OECD的最大进口来源国（2017年是俄罗斯）。 与2017年相比，2018年个别OECD国家的石油相关总产品进口总量增加了3.1%。其中OECD美洲（+11.0%）和OECD亚洲大洋洲（+6.1%）的进口量均出现增长，而OECD欧洲则出现微弱下降（-0.5%）。 总体而言，OECD仍然是成品油的净出口国，但2018年的出口量与2017年基本持平。2018年原油、液化天然气和炼油原料出口增长了13.3%，其中最大的出口量目的地是美国和远东地区。 4、石油净交货量 与2017年相比，2018年OECD的成品油净交货量增长1.0%，主要增长动力来自OECD美洲（+2.4%）和欧洲（+ 0.15%）的增长，同期OECD亚洲大洋洲的净交货量有所下降（-1.6%）。其OECD美洲地区的增长主要归因于异常寒冷的冬季导致汽油/柴油的净交货量增加（+4.8%），其中最显着的增长来自美国（+5.1%）和加拿大（+3.8%）。OECD亚洲大洋洲经历了与OECD美洲相似的趋势，其中汽油/柴油净交货量增幅最大（+1.5%），同期石脑油净交货量下降幅度最大（-5.5%）。汽油/柴油净交货量增长主要是受到由澳大利亚增长（+6.9%）的推动，而韩国（-5.4%）和日本（-5.5%）则是造成该地区石脑油需求下降的原因。 OECD欧洲净交货量的上升趋势是由于对总煤油（+4.3%）的需求增加所致，英国（+3.8%）和法国（+3.7%）出现了显著增长。整体而言，整个OECD对煤油需求总量都出现了不同程度的增加，使OECD整体净输出量增长2.6%。 5、石油库存 与2017年相比，2018年OECD的石油总库存量基本保持不变，为5.31亿公吨。具体而言，OECD美洲国家库存增加1%，欧洲减少1.2%，亚洲大洋洲减少1.0%，此消彼长使得总库存量基本没有变化。 就OECD美洲而言，石油库存增加主要原因是初级产品（+170万吨）和二级产品（+60万吨）的增加，导致总量增加了230万公吨。OECD欧洲的石油库存减少了220万公吨，主要是由于成品油库存大幅下降260万吨。由于韩国原油、液化天然气和炼油原料库存大量减少了310万吨，使得OECD亚洲大洋洲的石油库存显著减少110万吨。

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发布时间: 2019-08-05

66. SnS2量子点修饰的MoS2实现碱性介质环境高效裂解水产氢

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二硫化钼（MoS2）是非常有前景的非贵金属电催化剂，广泛用于酸性介质中的催化析氢反应（HER），但其缓慢的水解离过程导致在碱性条件下的HER反应非常缓慢，使该类催化剂的应用受到了一定限制，因此改善上述催化剂在碱性介质环境中水分子的吸附和解离能力成为该领域的研究热点。 澳大利亚伍伦贡大学Wenping Sun教授课题组采用湿化学法设计制备了二硫化锡（SnS2）纳米量子点修饰的MoS2/ SnS2异质结催化剂，显著增强了催化剂对水分子的吸附和解离能力，从而增强了其催化裂解产氢性能。研究人员采用两步水热反应分别制备了MoSe2纳米片，随后通过原位超声沉淀方法将SnS2纳米量子点吸附到MoSe2表面。透射电镜表征显示，SnS2量子点均匀地分散在MoSe2纳米片表面，平均尺寸3-5 nm；且呈现出了MoS2和SnS2两套特征晶格条纹，表明形成了MoS2/ SnS2异质结。X射线电子谱（XPS）显示制备的样品含有Mo、Se、Sn和S元素，进一步证实了样品的MoS2/ SnS2异质结；此外XPS测试结果还发现形成异质结后Mo3d和Se3d束缚能分别向低能带偏移了0.2和0.3eV，而Sn3d峰正向偏移了0.5 eV，表明电子从SnS2转移到了MoSe2。这种在界面处电荷的再分布有利于增加水分子的吸附，并提高MoSe2的导电性。接着研究人员分别将MoS2和MoS2/SnS2置于1摩尔的氢氧化钾（KOH）电解液中进行电化学性能测试，在10mA/cm2电流密度下，没有SnS2量子点修饰的MoSe2的过电位为367 mV，塔菲尔斜率为147 mV/dec，质量比活性为147 mA/mg，而有SnS2量子点修饰的MoS2/SnS2异质结催化剂过电位降至285 mV，塔菲尔斜率降至109 mV/dec，质量比活性大幅提升至559 mA/mg，表明SnS2量子点修饰显著增强了催化剂的反应动力学和催化活性。为了探究其催化性能增强的内在机理，研究人员利用密度泛函理论（DFT）计算水分子在MoS2、SnS2和MoS2/SnS2的基面和边缘位点的吸附强度，结果表明SnS2的引入增强了MoS2对水分子的吸附能力并加速了水的解离；另外，SnS2的基面和边缘位置也有利于水分子的吸附，从而进一步提高了MoS2/SnS2对水分子的吸附和解离动力学速率，进而增强了催化性能。 该项研究设计制备了全新的非金属MoS2/SnS2异质结催化剂，引入SnS2增强了MoS2对水分子的吸附和解离能力，进而增强了催化活性，为设计开发高效碱性裂解水产氢的非金属催化剂提供了新思路。相关研究工作发表在《Nano Energy》 。

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发布时间: 2019-09-18

67. 先进能源科技动态监测快报2020年第369期

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决策参考 IEA能源技术展望：评估技术方案2050年实现净零排放 2 BP能源展望2050：可再生能源引领转型 氢能作用日益凸显 13 美国大西洋理事会评述核能创新对美国国防的影响 13 项目计划 DOE资助3400万美支持小型SOFC发电系统研发 19 ARPA-E投入1650万美元支持生物燃料供应链开发 20 英国投入5900万英镑开发核电站机器人和电动飞机电池 21 前沿与装备 新工艺助力二维钙钛矿太阳电池获得创纪录转换效率 22 阳离子电势概念助力钠离子层状氧化物电极结构预测 23 美科学家开发镁电池新策略大幅提升电池比功率 24

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发布时间: 2021-02-07

68. 韩以科学家合作揭示过量碘化铅改善钙钛矿电池性能机理

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相关研究表明，钙钛矿薄膜中过量的碘化铅（PbI2）可进一步提高钙钛矿电池效率，然而过量PbI2¬如何提升器件效率的潜在作用机理以及其在钙钛矿层中的位置和功能等细节尚不明晰。因而深入研究过量PbI2在钙钛矿中的作用是制备更高光电转换效率的钙钛矿光伏器件的关键。韩国蔚山科学技术大学Sang Π Seok教授研究团队联合以色列魏茨曼科技学院研究人员利用电子束诱导电流（EBIC）、掠入射广角X射线衍射（GIWAXS）等测试方法系统地研究了过量PbI2对钙钛矿薄膜及其器件性能的影响，揭露了过量PbI2对钙钛矿薄膜成膜质量。研究人员制备了两份钙钛矿前驱体，其中一份加入过量的PbI2，随后利用旋涂法制备了PbI2过量的钙钛矿薄膜（FAPbI3）0.85（MAPbBr3）0.15:PbI2（命名为HaP-PbI2）和非过量的钙钛矿薄膜HaP，并将两个薄膜分别作为光敏层组装电池。电池的EBIC测试结果显，PbI2过量的钙钛矿薄膜载流子扩散程与非过量的薄膜载流子扩散程（扩散程长短与载流子寿命相关联，越长载流子寿命也越长）基本一致，约为7.5 μm，即过量的PbI2对载流子的寿命没有影响。而通过对钙钛矿薄膜平面和截面的EBIC对比测试研究发现，PbI2过量的钙钛矿薄膜HaP-PbI2的EBIC信号较无过量的薄膜更强（EBIC信号强载流子复合就少），意味着过量PbI2有效地减少了钙钛矿薄膜缺陷浓度，抑制了载流子复合。GIWAXS表征显示，相比HaP，HaP-PbI2钙钛矿薄膜出现了择优的两个晶向[100]和[200]，意味晶粒更加有序，有助于载流子的传输收集。GIWAXS的2D模式进一步揭露了HaP-PbI2钙钛矿薄膜出现了三种晶体衍射峰，分别为三方晶系的PbI2、六方晶系和四方晶系的HaP，且顺序是由外到内，即过量的PbI2包围着钙钛矿晶粒，这有利于有效改善钙钛矿电池的电荷传输，消除“迟滞”效应。综上分析，研究人员指出过量的PbI2之所以能够改善钙钛矿电池性能的原因在于有效降低了钙钛矿薄膜的缺陷浓度，促进钙钛矿晶粒有序性并消除迟滞。该项研究利用一系列先进的微观表征手段，系统研究了钙钛矿薄膜中过量的PbI2改善薄膜的结晶质量和相应的器件性能的潜在作用机理，为设计开发高效钙钛矿太阳电池积累了关键的理论知识。相关研究成果发表在《Nature Communications》。

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发布时间: 2018-12-29

69. 先进能源科技动态监测快报2019年第22期

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决策参考 国际能源署发布《世界能源展望2019》报告 2 OPEC展望至2040年全球石油供需市场发展走势 6 欧洲发布2050年100%可再生能源供暖制冷技术发展战略框架 10 项目计划 DOE资助上亿美元推进太阳能发电技术研发和部署 15 DOE资助8000万美元支持电网现代化计划 18 ARPA-E资助4300万美元支持碳捕集和封存技术研发 19 前沿与装备 微量添加剂有效抑制相转变提升钙钛矿太阳电池器件稳定性 20 混合受体有机太阳电池展现优异性能和超强机械柔韧性 21 超结构克服过渡金属氧化物正极材料首圈循环电压损失问题 22 钴基核壳结构电催化剂实现高效稳定氧催化还原 23

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发布时间: 2020-02-28

70. 先进能源科技动态监测快报2017年第21期

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决策参考 IEA：数字技术正引领能源发展进入新时代 2 IEA：在政策推动下2030年能源将广泛普及 6 项目计划 ARPA-E资助先进核能技术开发复兴美国核电产业 10 DOE资助1500万美元推进动力电池和快速充电系统开发 11 DOE相继推出数个二氧化碳捕集技术研发项目 12 前沿与装备 新型单位点催化剂提升人工光合作用水氧化反应效率 13 新型金属化柔性纸电极提高超级电容器能量密度 13 柔性有机无机固态电解质膜增强锂硫电池循环寿命 14 新型非水离子液基氯化铝-石墨电池 15

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发布时间: 2017-12-04

71. 欧洲能源研究联盟发布生物能源战略研究与创新议程

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3月21日，欧洲能源研究联盟（EERA）生物能联合计划发布“战略研究和创新议程” ，确定了2030年及以后的欧洲生物能研究创新的优先事项，旨在最大程度发挥生物能对能源脱碳的作用，加速推进战略能源技术计划（SET Plan）实施，促进能源系统转型。该议程共提出了5个优先发展的研究领域子计划：生物质的可持续生产；将生物质热化学加工成先进生物燃料和生物基产品；将生物质生化加工成先进生物燃料和生物基产品；固定式生物能源；生物能的可持续性、技术经济分析和公众接受。在本次发布的议程中仅介绍了前4个子计划，第5个子计划将在2019年中发布的版本中描述。前4个子计划的具体内容如下： 一、生物质的可持续生产 本领域的子计划研究重点是最大限度提高生物质转化工厂的生物质资源，提供安全和灵活的供应，提升原料质量，降低环境影响和原料成本。将重点针对四种类型生物质：森林生物质、农业生物质、藻类生物质和生物废弃物生物质。 1、森林生物质 （1）提高森林生物质产量：开发树木多样性和新型物种；扩展知识并使用新的管理实践和策略；改进采伐和运输技术；开发森林可持续管理方法。 （2）开发支持生物质市场供应的工具：分析供需因素以及其相互关系；调动和物流数字化转型以提高深林生物质生产的经济效应。 （3）通过经济、人文和社会科学推动森林部门的发展：调整激励措施和法规；欧洲林业系统的案例研究的实施及利用。 2、农业生物质 （1）提高对生物质的了解：增加对粮食作物和残留物利用的认识；增加对木质纤维素作物的认识；增加对生物精炼系统中使用豆类作物的知识；设计和优化结合不同作物的创新系统。 （2）优化原料供应系统和物流链：改善作物光合作用；设计合适的植物特性和环境性能；开发生物能源种植系统模型；优化供应链和物流。 （3）评估生物质农业生产系统和公共政策的影响：生物能源生产整个价值链的生命周期分析（LCA）；分析认证计划和政策框架的影响；生物能源系统部署方案和案例研究分析。 3、藻类生物质 （1）菌株（生物多样性筛选或菌株基因工程）：提高总体过程效率的菌株的选择和优化；用于工业生产的高生产率菌株的选择和优化；用于工业户外生产的抗污染菌株的选择和优化。 （2）微藻照明和收获过程的创新：低成本和低能耗收获；开发用于大规模生产的强化光生物反应器；气态和液态排放中的微藻生产。 （3）海藻种植创新：开发先进培养基材；开发自动化收获系统；开发稳定的存储和物流链。 （4）系统集成：开发气态和液态排放中的微藻生产；有价值副产品的联合回收；开发流程模型，与整个生产链的经济和LCA模型相结合。 4、生物废弃物生物质 （1）增加从废弃物获取能源的可能性：改进废弃物原料准备；扩大废弃物原料的使用；项目规划和工程。 （2）反应机理及相关环境影响研究：生物、化学和物理机理及其相互作用研究；计量需求及新型数字工具开发；废弃物转化对气候、水、空气质量、气味、土壤的正面及负面影响研究 （3）开展废弃物使用验收的组织研究：经济风险和新型商业模式分析；实施废弃物转化技术的社会障碍和激励措施研究。 二、将生物质热化学加工成先进生物燃料和生物基产品 本领域的子计划研究重点是提高效率、降低温室气体排放和成本，重点关注开发初级热化学转化工艺、下游加工工艺以及先进生物燃料和中间载体价值链。 1、生物质热化学工艺开发 （1）生物质气化：改善气化炉性能；提高原料灵活性；优化产品气体成分用于下游加工；开发创新气化工艺。 （2）生物质热解：改进工艺性能以提高可靠性和生物质原油质量；提高原料灵活性；开发新模型以增强工艺机理研究。 （3）生物质碳化：提高固体生物能源载体质量；提高原料灵活性，处理低质量原料；采用热/蒸汽处理工艺开发新的高附加值产品 （4）生物质水热处理：基本机理研究；优化反应器和工艺，扩大规模；开发水热工艺的通用/标准数据分析报告方法。 2、下游产品加工 （1）气体净化：优化单个气体净化工艺；开发集成气体净化系统；改进取样、测量和控制技术。 （2）气体调节和提纯及产品回收：生物质调节/提纯工艺的改进，或开发耐受度更强的替代工艺；改进催化剂/吸附剂再生过程，开发废催化剂/吸附剂利用和再循环；开发产品分离方法。 （3）生物质原油净化、调节和升级：生物质原油净化与调节；开发和测试高效液体提纯催化剂；开发废水处理和利用技术，包括副产品回收。 （4）固体产品调节和提纯 ：生物焦的分离/纯化和表征；生物焦提纯（如活化、致密化等）和利用的评估。 3、先进生物燃料和中间载体价值链 （1）基于气化的先进生物燃料生产：优化基于气化的生物燃料生产系统；开发用于商业生物燃料的化学品/材料联合生产技术；利用可再生氢气和生物质碳捕集开发基于气化的集成生物燃料生产技术。 （2）基于热解的生物油和先进生物燃料生产：整体系统优化和验证；燃料和化学品联合生产；集成优化。 （3）基于热/蒸汽处理的固体生物能载体生产：开发集成非能源联产品的智能系统设计；通过集成优化系统设计。 三、将生物质生化加工成先进生物燃料和生物基产品 本领域的子计划研究重点是生产先进生物燃料的生化及化学工艺和技术，以及从木质纤维素生物质中生产沼气、合成气、氢气等生物基产品。 1、细胞工厂和酶 （1）新型酶和酶性能：开发用于生物基化学合成和生物燃料合成的酶；生物木质素解聚；提高用于木质纤维素生物质预处理的半纤维素酶的效率 （2）提高微生物和藻类细胞工厂现有生化途径的效率：非偶联生长和发酵；提高辅助代谢途径的通量；开发用于将合成气转化为液体生物燃料和其他生物基产品的工程微生物菌株；研究用于人工光合作用的微生物和酶 （3）通过新的途径开发新型微生物系统，包括联合生物加工微生物和混合培养物的设计：以酵母/细菌为模型，将木质纤维素生物质一步转化为生物燃料；作为新型生物燃料平台的乙醇的联合生物加工生产；用非常规酵母提高替代柴油和喷气燃料的长链脂肪酸的生产过程的碳转化效率 2、原料制备、解构和分馏 （1）提高现有生物质分馏技术的效率：提高当前生物燃料工厂的转化率和能源效率，最大限度地减少木质纤维素生物质预处理对环境的影响；藻类分馏。 （2）开发新型分馏技术，包括合成气及其他气体的净化：开发生物质分馏的新破坏性方法；开发用于沼气净化和提纯的固体材料 3、生物化学和/或化学转化生产先进生物燃料和生物产品 （1）提高乙醇、高级醇、脂肪酸、碳氢化合物和氢气的生物过程效率：提高工业酵母和细菌对木质纤维素水解产物的耐受；生物过程集约化。 （2）提高（生物）催化剂将生物产品提纯为先进生物燃料的效率：生物质水解产物流的直接催化提纯以生产用于先进生物燃料的烃；从发酵液中催化提纯生物制品。 （3）提高从合成气、H2和/或CO2发酵到生物燃料和/或生物能载体生产的碳转化效率：用于气体发酵的新型生物反应器；提高原料合成气下氢和CO发酵细菌的发酵速率和耐受性；藻类或细菌生产生物氢或生物甲烷 （4）测流回收：通过生物和/或化学转化回收生物燃料植物中的半纤维素；通过生物和/或化学转化回收生物燃料植物中的木质素；其他生物精炼测流回收。 （5）基于生物化学的生物精炼集成：开发原位产品回收（ISPR）技术；开发生物化学生物炼油厂LCA子模型；将侧流与先进的生物燃料工厂整合或改造现有的能源和/或工业工厂。 四、固定式生物能源 本领域的子计划研究重点是开发高效、灵活、可负担、环保的热、电、冷联产系统，涵盖从小型住宅到大型电厂所有规模。 1、住宅/家庭供暖和制冷，包括微型热电联产（CHP） （1）住宅可再生供暖和制冷：用户/客户行为及需求；开发家用燃木电器；混合系统。 （2）生物质微型CHP：定制燃料；零排放建筑的CHP技术；新型整合/混合/联合系统，如智能热电网中的多燃料生物CHP。 （3）生物质冷热电联产（CCHP）：采用低成本载体提高经济效益；低成本废热发电和制冷的新技术路线；为住宅建筑提供经济有效的供暖和制冷分配。 （4）排放：开发新的或优化现有CCHP降低排放的主要和次要措施，以减少NOx、SOx和颗粒物；开发经济有效的测量和诊断技术。 2、中大型热电冷联产（CHCP） （1）通过灵活性促进能源系统脱碳：改进CHCP性能提高灵活性；灵活的CHCP用于发电、供热和制冷；生物质燃烧混合系统和生物碳捕集、利用与封存。 （2）数字化和先进运行：中型CHCP（1-20 MW）的智能运行和全自动控制；将供热厂升级为热电联产；先进的排放和空气污染控制 （3）低质燃料和循环经济：灵活的固体和液体生物燃料处理、储存和供料；循环经济和固体残留物管理 3、大型化石燃料电厂和生物炼制能源岛的转型 （1）大型化石燃料电厂转型：发电厂全面改造；灵活高效运营。 （2）用于加热和发电的生物精炼厂残渣加工：将生物精炼厂残留物提纯为能源载体以及用于加热和发电；通过初级生物精炼工艺改善残留物质量。 （3）生物炼制能源岛的系统和工厂设计：将现有的发电厂和CHP整合到生物精炼和更大的工业环境中；通过初级生物精炼工艺改善残留物质量。

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发布时间: 2019-05-25

72. 先进能源科技动态监测快报2017年第08期

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决策参考 UNEP：2016年全球可再生能源投资规模下降 新增装机创纪录 2 REN21专家调查报告讨论2050年100%使用可再生能源可行性 4 WEF评估各国能源架构绩效 8 项目计划 日本相继推出先进燃烧发电系统实证研究项目 9 英国资助超1亿英镑支持无人驾驶和低碳汽车研发 11 前沿与装备 单壁碳纳米管基复合对电极增强钙钛矿太阳电池稳定性 12 高效环保低成本Ca3−xTbxCo4O9热电材料 12 新型高效廉价电催化剂材料大幅减少贵金属铂用量 13 人工合成生物膜阴极提高微生物燃料电池性能 14 能源资源 英俄研究人员展望未来数年俄罗斯原油产量将稳定增长 15

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发布时间: 2017-05-24

73. 新型陶瓷燃料电池具有超长寿命和高燃料普适性

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质子陶瓷燃料电池（PCFC）不仅具有可与固态氧化物燃料电池媲美的高效发电效率，并且能够在较低的温度（350-600℃）高效运行，还拥有更优异的抗积碳和抗硫中毒特性，是极具发展前景的新一代燃料电池技术。科罗拉多州矿业大学Ryan O’Hayre教授研究团队联合阿联酋石油研究所设计合成了适合低温运行的新型阴极材料和电解质，在此基础上开发了全新的抗积碳、耐硫性、多种燃料通用的超长寿命质子陶瓷燃料电池，为燃料电池的发展提供了新的技术方向。 研究人员以碳酸钡、氧化铈、氧化锆、氧化钇、氧化镍和氧化铜为原料制备了阴极材料（BCY）、阳极材料（BZY）和电解质，并由此组装了燃料电池，系统研究了在500℃条件下这种PCFC对氢气、甲烷、天然气（含硫和不含硫）、丙烷、正丁烷、异丁烷、异辛烷、甲醇、乙醇、氨等11种未经过预处理燃料的适用性。实验结果显示，11种燃料均可在测试条件下稳定运行6000多个小时，大多数燃料每1000小时的性能衰减率不到1.5%，且没有出现积碳迹象和温度大幅波动，而使用部分燃料的PCFC可以在测试条件下稳定工作超过6000小时，展现出了极其优异的长寿命高稳定运行特性。其中以氢气为燃料的电池器件峰值功率最高，可达455 mW/cm2。此外，器件还具备了优异的耐硫性，即使在高达19.5 ppm（美国天然气标准中硫含量上限为17 ppm）浓度的硫含量环境也没有造成电池性能衰退。 为了探究该电池优异的抗积碳、耐硫性、长寿命特性的潜在机理，研究人员对电池电化学反应过程进行了扫描电镜、原位拉曼光谱等一系列微观结构表征。结果表明，电池运行过程中在阴极表面析出的一层均匀的镍纳米颗粒涂层，可以有效抑制焦炭产生，同时还可以抑制硫的吸附以避免硫中毒，成为了电池长寿命的关键因素。另外，该新型陶瓷电池在350℃低温环境下也可以实现稳定运行，表现出良好的低温运行特性。 该项研究设计制备了新型的质子陶瓷燃料电池，呈现出优异的抗积碳、耐硫性、长寿命等特点，更为关键的是该电池具备极高的燃料普适性，提供了燃料电池发展的新方向。相关研究成果发表在《Science》 。

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发布时间: 2018-09-04

74. 金属有机框架修饰电解质有效抑制锂枝晶

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可充电的锂金属电池具有高达3860 mAh/g理论比容量，是极具发展前景的高能量密度电池。然而该电池在充放电过程中会产生大量枝晶，会快速降低电池的性能，缩短电池使用寿命，甚至刺穿电极之间的隔膜，引发电池短路等安全问题。日本国立产业技术综合研究所Haoshen Zhou教授研究团队设计合成了一种全新的金属有机框架材料（MOF）电解质，能在大电流下有效地抑制锂枝晶的生长，大幅增强了电池循环寿命。 研究人员首先将适量的金属有机框架材料（MOF）HKUST-1引入到浓度为1摩尔的双三氟甲基磺酰亚胺锂的二甲醚（LiTFSI/DME）电解质中，形成MOF修饰的复合电解质。离子导电率测试结果显示，相比无MOF修饰的电解质，MOF修饰电解质具备了更高的锂离子（Li+）迁移率和更低的阴离子TFSI?迁移率，意味着MOF电解质能够实现对电解质中阴阳离子传输的有效调控，即相对于阴阳离子在普通无MOF修饰的电解质里的无序传输并造成不均匀的锂沉积，MOF材料独特的有序多孔结构可以提供高效的离子通道，选择性地减缓TFSI?阴离子在其中的通过，从而达到均匀的锂离子传输效果，实现均相的锂沉积，以抑制非均匀锂枝晶的形成。通过分子动力学模拟研究显示，在无MOF修饰的电解质中，由于溶剂化过程，TFSI?阴离子的均方位移比溶剂化的Li+离子更快，这容易引起 Li+非均衡沉积；而在MOF基电解质中，MOF孔道会延缓TFSI?阴离子在其中的通过，使得Li+离子的均方位移扩散得更快。上述结果证实了MOF结构可以通过对TFSI?阴离子的有效调控来实现均匀的Li+离子传输，从而实现均匀的锂沉积，抑制非均匀的锂枝晶的形成。随后将制备的电解质用于组装以锂金属为电极的对称电池，并测试了相应电化学性能。在5mA/cm2、10mA/cm2和10mA/cm2大电流密度情况下进行充放电测试，其相对应的放电比能量密度依次为2.5mAh/cm2、5mAh/cm2和10mAh/cm2，且经过800多小时循环电池未出现明显短路迹象，展现出优异的高倍率性能和循环稳定性。相反，使用无MOF电解质的对称电池在类似测试条件下，经过120小时后电池便出现短路。通过扫描电镜对充放电后的锂电极进行表征，结果显示无MOF修饰的电解质电池锂负极表面生长有大量长达10 μm的锂枝晶且刺穿隔膜造成短路；相反，采用MOF基电解质电池锂负极表面依旧光滑如初，即无明显锂枝晶形成，证实了MOF的引入确实有效地抑制了锂枝晶的形成。最后研究人员将MOF基电解质、锂负极与钛酸锂正极组装成标准的纽扣电池并进行测试，在高达7mA/cm2放电电流密度下，电池获得了135 mAh/g放电比容量，且循环2000次后，容量基本无衰减（每次循环的容量损失率低至0.0025%）。而非MOF电解质电池经过600次循环后容量便大幅衰减一半以上。 该项研究设计开发了全新的MOF修饰的电解液，利用MOF特有的有序多孔特性有效地调控了阴阳离子迁移，实现了均相的锂沉积有效地抑制锂枝晶生长，大幅增强锂金属电池的循环寿命，不仅为锂金属电池性能改进提供了新方向，这一MOF电解质概念还可以拓展应用到其他电解液的锂金属电池，如锂硫电池、锂空气电池等。相关研究工作发表在《Joule》。

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发布时间: 2018-10-19

75. REN21：全球各国亟需强化可再生能源政策支持力度

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6月18日，21世纪可再生能源政策网络（REN21）发布《全球可再生能源现状报告2019》 指出，技术进步导致成本下降、专属政策支持等诸多因素正在推动可再生能源在全球范围内的蓬勃发展，可再生能源电力供应量不断增加。2018年，全球可再生能源新增装机181 GW，连续四年超过化石能源和核能新增装机容量之和。尽管取得了长足进步，但由于近年来可再生能源政策发展缓慢（如可再生能源政策严格性降低、新的可再生能源政策出台数量有限等），导致可再生能源发展速度减缓、能效改善步伐放慢、碳排放增加，全球能源转型面临严峻挑战。因此为了确保可再生能源的可持续健康快速发展，各国必须在能源各个领域制定出稳定连续、目标明确的政策规划。报告要点如下： 2018年全球可再生能源新增装机容量再创新高，达181 GW（图1），较2017年增加约8%，使得全球累计装机达到2378 GW。其中，太阳能光伏一马当先，新增装机首次达到100 GW，超过燃煤、天然气和核电新增装机容量之和，其在全球新增装机总量的占比最高，约55%。紧随其后的是风电（29%）和水电（11%），新增装机依次为51 GW和20 GW。截至2018年底，可再生能源提供了全球超过四分之一（26.2%）的电力来源，其中水电占比最大为15.8%，风电（5.5%）和光伏发电（2.4%）紧随其后，生物质发电则以2.2%排名第四，其余来自海洋能发电、太阳能热发电和地热发电。2018年，实现高比例（超过20%）可在生能源并网的国家数量进一步增加，目前全球有9个国家的可再生能源发电量超过了全国总发电量的20%，包括丹麦、乌拉圭、爱尔兰、德国、葡萄牙、西班牙、希腊、英国、洪都拉斯，其中丹麦是全球并网程度最高的国家，高达51%，乌拉圭和爱尔兰分别以36%和29%分列二、三位。上述情况表明，通过电网互联、系统耦合以及相关技术（如信息通信技术、储能系统、热泵等）的支持措施，完全可以在电网稳定性无损的前提下实现高比例的可再生能源并网。 图1 2012-2018年不同可再生能源技术装机容量发展态势（单位：GW） 与电力部门不同，当前各国对可再生能源制冷和供暖关注度不够，导致政策支持力度不足，使得2018年供暖制冷部门的可再生能源转型进展速度依旧缓慢。全球供暖和制冷领域的终端用能主要还是依赖传统化石能源（占比40%），只有25%来自可再生能源，且大部分来自传统生物质能，仅10%来自现代可再生能源，包括太阳能热利用和地热等。当前，全球有169个国家制定了电力行业的可再生能源发展目标，而只有47个国家制定了供暖和制冷领域的可再生能源发展目标。总体而言，由于政策支持力度匮乏，可再生能源在供暖制冷领域的应用进展不甚理想，亟需技术创新和加大政策扶持力度。 与制冷和供暖情况类似，可再生能源在交通运输部门的渗透率仍然很低。2018年可再生能源占道路交通燃料用量比例较2017年（3%）微弱上升至3.3%，液体生物燃料仍是主要贡献力量（3%），其余来自可再生能源电力。尽管当前可再生能源在交通运输用能中的占比较低，但随着交通电气化的进一步推进，将得到进一步发展。例如，全球电动汽车部署规模不断扩大，与2017年相比，全球电动客车保有量增加了63%，且越来越多的城市开始采用电动客车。此外，铁路、航空和海运也出现了一些积极的迹象，上述领域也出台了众多支持可再生能源发展的新目标和倡议。但总体而言，对交通部门可再生能源应用的政策支持力度还低于电力部门，需要进一步强化。 截至2018年底，全球几乎所有的国家都在国家/地方层面出台了可再生能源支持政策，其中至少有169个国家制定了可再生能源目标，其中65个国家甚至制定了100%的可再生能源电力目标（表1）。电力部门仍是决策者主要关注的领域，该领域出台可再生能源相关监管政策的国家数量是交通运输领域的1.9倍，是供暖制冷领域的6.8倍。电力招标制近年来获得了越来越多的关注，开展了可再生能源电力招标的国家数量从2017年的29个增加到了2018年的48个。交通运输和供暖制冷部门对可再生能源的支持力度远低于电力部门，截至2018年底，只有47个国家制定了可再生能源供热制冷目标，45个国家制定了可再生能源交通运输发展目标。截至2018年底，135个国家将建筑能效纳入到国家自主贡献政策文档中，69个国家针对建筑用能制定了强制性的能效指令，44个国家制定了碳排放交易政策。 表1 2017-2018年全球可再生能源发展部分统计数据 除了国家层面，一些城市也在积极制定可再生能源宏伟发展目标，成为可再生能源发展中不断增长的强大动力。大量案例分析显示，这些城市所开展的投入和行动已经超越了国家、州/省级别所实施的措施。超过100个城市的可再生能源发电占比不低于70%（如肯尼亚的内罗毕、坦桑尼亚的达累斯萨拉姆、新西兰的奥克兰、瑞典的斯德哥尔摩和美国的西雅图），至少50个城市落实了包括发电、供暖、制冷和运输等行业的可再生能源发展目标。 2017年，全球可再生能源（不包括50 MW以上的水电项目）投资总额近2890亿美元（图2），再次超过化石燃料和核电投资总和，投资的主要流向仍为风能（1342亿美元）和太阳能光伏（1397亿美元）。持续的投资创造了更多的就业岗位，截至2018年底，全球范围内可再生能源行业从业人数达1100万人；光伏（360万人）、液体生物燃料（206万人）、水电（205万人）和风电（116万人）是主要的就业大户（表2）。可再生能源不仅能解决化石能源领域的失业难题，同时也会成为全球经济的主要驱动力。 图2 2008-2018年全球可再生能源（不包括50MW以上的水电项目）投资发展态势（单位：十亿美元） 表2 2018年主要国家不同可再生能源部门从业人员数量情况（单位：千人） 总体而言，受益于政策支持和技术进步，2018年全球可再生能源行业再次取得一定的发展，但总体发展速度仍较慢，其在终端能源消费中占比仅为10.6%（不包括传统生物质），远低于化石能源占比（79.7%）（图3，2017年数据）。同期，受到经济强劲增长（+3.7%）影响，全球能源需求增加了1.2%，而能效改善却减缓了（-2.2%），导致全球能源相关的CO2排放量增长了1.7%。 图3 2017年不同能源资源在全球终端能源消费中的占比

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发布时间: 2019-11-20

76. 先进能源科技动态监测快报2018年第2期

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决策 2017年中国清洁能源投资创纪录推动全球投资增长 2 IRENA：可再生能源电力成本普降 2020年进入平价时代 4 牛津能源研究所展望交通运输业未来变革趋势 7 项目计划 英国资助3000万英镑支持低碳车辆新技术开发 10 英国创新机构助力能源企业加速智能电网平台商业化 11 前沿与装备 适量的“针孔”并不会导致钙钛矿太阳电池性能失效 11 二硫化钼相转变新机制实现高效稳定光解水制氢 12 新型铂/二氧化钛复合催化剂实现CO2到CH4创纪录转化 13 电极分离限制短路区域改善锂离子电池的安全性 14

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发布时间: 2018-03-12

77. 氧化硅插层助力钙钛矿/晶硅串联电池创下25.4%效率纪录

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目前单晶硅的实验室效率已达26.7%，但由于传统单结晶硅太阳电池固有的禁带宽度特性（肖克利•奎伊瑟效率极限制约）以及较大的光折射率问题，转换效率极限值无法突破 30%效率大关，而串联结构太阳电池（双结或者多结）为科学家提供了突破极限效率的可能。牛津大学Henry J. Snaith教授课题组和德国亥姆霍兹柏林材料与能源中心研究人员合作开发出一种新型的钙钛矿/单晶硅双端接触的串联电池（活性面积超过1 cm2），并在硅基电池和钙钛矿电池之间引入纳米晶氧化硅（nc-SiOx:H）薄膜插层进行入射光调控，显著减少入射光的反射损失提升了利用率，获得了高达25.43%的光电转换效率（此前效率纪录是25.2%，由瑞士洛桑联邦理工学院创造），刷新了该类型太阳电池转化效率的世界纪录。研究人员首先分别制备了单晶硅和钙钛矿太阳电池器件，并测试了各自的性能，其中单晶硅太阳电池的电流密度为16.6 mA cm−2，效率达到20.5%；钙钛矿太阳电池的电流密度为21.1 mA cm−2，效率达到18.4%。且外量子效率测试结果显示，钙钛矿电池的光谱响应在400到800纳米（禁带宽度约1.63 eV），单晶硅太阳电池在800到1200纳米（禁带宽度约1.13 eV），两者具有良好的光谱响应互补特性，是串联电池子电池良好的候选。然而，串联电池要求子电池要有良好的电流密度匹配性（电流密度尽量相近），上述两种电池的电流密度匹配不佳，主要原因是单晶硅薄膜折射率较大，导致一部分红外入射光被反射造成损失。为此，研究人员在硅基电池和钙钛矿电池之间引入纳米晶氧化硅（nc-SiOx:H）薄膜插层，以调谐单晶硅薄膜的折射率，减少红外光的反射损耗。为了找出插层最佳的厚度，研究人员采用计算模拟的方法研究了不同厚度（也即不同折射率）的nc-SiOx:H插层对于两层子电池器件电流的影响。结果显示，厚度在100到200 nm之间的时候，两个子电池的电流密度匹配度最佳。随后制备了100到200 nm之间的一系列厚度的nc-SiOx:H插层，并对串联电池性能进行测试，结果显示在厚度为110 nm（折射率为2.6）时，两个子电池的电流密度匹配性最佳，此时钙钛矿顶电池电流密度为19.9 mA cm−2，单晶硅底电池的电流密度为18.8 mA cm−2，整个串联电池（受照面积为1.08 cm2）的短路电流密度为19.02 mA cm−2，光电转换效率高达25.43%，通过了弗劳恩霍夫太阳能系统研究所检测实验室（Fraunhofer ISE CalLab）的测试认证，创造了双端接触钙钛矿/单晶硅串联电池效率新纪录。该项研究通过在钙钛矿/晶硅双端接触的串联电池之间引入纳米氧化硅薄膜插层，有效地改善了单晶硅底电池的高折射率导致的红外光反射损失，提升了光利用率，增加了单晶硅电池的短路电流密度，改善了顶电池和底电池电流的匹配度，从而显著提升了整个串联电池器件的效率，创造了双端接触钙钛矿/单晶硅串联电池转换效率的新纪录，为制备超越30%效率的光伏电池提供了新思路。相关研究成果发表在《Advanced Energy Materials》 。

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发布时间: 2019-05-25

78. 调控碳-碳偶联后反应实现高效电催化还原CO2制醇燃料

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利用可再生能源电力来电催化还原CO2制备醇燃料，不仅有助于应对能源危机，还有助于缓解温室气体效应，从而引起了广泛关注。但是，由于当前催化剂的选择性和活性有限，电催化还原CO2制醇的效率不高，亟需开发高效高选择性的催化剂。多伦多大学Edward H. Sargent教授课题组设计合成了全新的核壳结构的催化剂，并首次通过调控碳-碳（C-C）偶联“后反应”步骤，大幅提升了电催化还原CO2制醇燃料的效率。研究人员首先利用密度泛函理论模拟研究预测核（硫化亚铜）-壳（铜）结构的Cu2S@Cu有利于CO2还原过程中的反应最佳路径，他们发现调控C-C偶联之后的竞争反应能够有效地抑制反应过程中乙烯的形成，从而提高对多碳醇的选择性以及产量。研究人员指出，之所以出现上述模拟结果是因为乙烯和乙醇反应过程中有一个共同的反应中间体*C2H3O，通过催化剂的表面结构调控，可以有效抑制乙烯路径促进乙醇路径；而在Cu2S@Cu纳米颗粒表面带有Cu空位缺陷，这一缺陷吸附的*C2H3O中间体的热力学倾向于向醇类燃料转化。为此，研究人员通过胶体成核方法，设计合成了缺陷可控的Cu2S纳米晶，再利用原位电化学还原的方法，制备出含有Cu空位的核（硫化亚铜）-壳（铜）结构的Cu2S@Cu纳米催化剂。为解决CO2传质限制，研究人员采用流动电解池设备，Cu2S@Cu催化电还原CO2制备多碳醇的法拉第转换效率高达32%，转化速率超过120mA cm-2，是目前已报道的最高电流密度。与纯铜催化剂相比，Cu2S@Cu催化得到的醇/烯烃产物比例提高了6倍。该项研究设计合成了全新的缺陷可控的核壳结构纳米催化剂Cu2S@Cu，实现了C-C偶联后反应调控，从而增强电催化还原CO2催化制多碳醇的选择性和产率，为设计和开发CO2还原合成多碳醇类的高效电催化剂提供了新思路。相关研究成果发表在《Nature Catalysis》。

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发布时间: 2018-09-12

79. 美科学家最新研究显示调控外应力可以改变催化剂性能

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近年相关科学研究表明，通过调控金属催化剂应力（无论是压应力还是拉应力）可以在某些情况下改变它们的催化性能。布朗大学Peterson教授带领的研究小组开发了一种基于力学的特征应力模型来定性地预测表面位点上的结合能对应变的响应特性，并且使用该模型来系统研究应力对吸附物-催化剂结合的影响。研究结果显示，外应力对催化剂的影响取决于反应物的内应力。这个新理论可以为不同的化学反应改良催化剂提供科学理论参考。该模型表明，结合能对应变响应的情况取决于被吸附物诱导的本征应力与所施加的应变的耦合。因此，拉伸应变可以使结合更强或更弱，这取决于表面上被吸附物的本征应力特征。Peterson和他的研究小组表明，外部应变对催化剂的影响取决于化学反应物的内部应变，即与催化剂表面结合的反应物分子会倾向于吸引或排斥催化剂晶格中的原子，这取决于反应物分子的特征和结合位点。使催化剂原子晶格拉伸的拉应力，会使催化剂对晶格分开的分子反应活性更高。同时，对于将晶格拉在一起的分子反应，拉应力会降低，以提高它们的反应活性。而压应力-压缩晶格则具有相反的效果，使催化剂原子晶格压缩的压应力，会使催化剂对晶格拉近的分子反应活性提高。对于将晶格分离的分子反应，压应力会降低，以提高它们的反应活性。催化剂表面吸附分子的位点可能会在桥位或四叠位，两个位置之间的根本区别在于：在桥位，受到拉应力作用相邻的原子被往外拉伸；而在四叠位，受到的是压应力，相邻原子被拉向内部。因此，桥位的正本征应力和拉应力稳定相互作用，而四叠位的负本征应力和压应力稳定相互作用。该项研究揭露了外应力是影响催化剂性能关键因素，增强还是削弱取决于化学物质与催化剂原子晶格的相互作用，以及在催化剂表面施加应力的方式，为设计开发高性能的催化剂提供了重要的科学理论参考。相关研究工作发表在《Nature Catalysis》杂志上 。

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发布时间: 2018-06-01

80. 先进能源科技动态监测快报2017年第09期

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决策参考 IEA：2016年OECD国家电力微弱增长油气产量小幅下降 2 IRENA: 到2030年俄罗斯可再生能源份额将翻两番 4 World Bank：实现2030年能源目标任重道远亟需加大努力 6 项目计划 DOE启动第三轮国家实验室与小企业合作研发项目 8 日本开展第二次天然气水合物海上生产试验 9 前沿与装备 日本全背电极接触单晶硅异质结太阳电池效率创26.3%新纪录 10 韩科学家在钙钛矿太阳电池稳定性方面取得重大突破 11 光辅助磷酸铁锂正极脱锂反应开辟自充电锂电池技术新途径 12 新型钌基复合催化剂助力氨气到氢气室温高效转化 12 能源资源 IEA：2016年全球新探明原油储量跌至历史新低 13

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发布时间: 2017-05-25

81. 先进能源科技动态监测快报2017年第20期

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决策参考 英国发布《低碳发展战略》保障绿色低碳和经济增长共生 2 IEA：各国需要持续加强政策制定和实施以保障能效提升 5 欧洲光伏产业协会：2017年全球光伏新增装机将达100 GW 9 项目计划 DOE承诺为三代核电项目提供37亿美元有条件贷款担保 10 DOE和USDA联合资助1500万美元开展生物精炼研究 10 前沿与装备 新型高温差利用区间柔性可穿戴热能发电机 12 廉价硫氰酸亚铜无机空穴大幅提升钙钛矿太阳电池稳定性 12 新型铜纳米催化剂高效还原二氧化碳制高价值多碳化学品 13 三维多孔硫化氮化碳复合电催化剂增强锌空气电池性能 14

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发布时间: 2017-11-22

82. 先进能源科技动态监测快报2017年第02期

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决策参考 奥巴马《Science》发文：清洁能源大势所趋 低碳经济人心所向 2 美《四年度能源评估报告》第二卷聚焦电力系统变革 4 DOE研究核能和可再生能源耦合集成系统 6 项目计划 DOE资助近2000万美元加速先进车辆技术研发 8 DOE资助1800万美元加速插电式电动汽车和替代燃料研发 8 DOE资助超千万美元开展生物规模化制造技术试点工作 9 前沿与装备 美科学家研发新型铂铅/铂核壳结构纳米片催化剂 10 氧化铝涂层大幅降低石榴石型电解质和电极界面电阻 11 日科学家揭露卤素碘钙钛矿太阳电池性能衰减之谜 12 英科学家研发高效稳定的无铅无机钙钛矿太阳电池 13

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发布时间: 2017-05-23

83. GWEC：到2022年全球风电累计装机预计达840 GW

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4月25日，全球风能理事会（GWEC）发布《全球风电年度市场动态2017》报告指出 ，2017年全球风电新增装机52.5 GW，较2016年同期（54.6 GW）下滑3.8%（图1）。截至2017年底，全球风电累计装机达539 GW（图1），分布于90多个国家，其中9个国家累计装机容量超过10 GW，30个国家超过1 GW。未来五年（2018-2022年），随着全球越来越多的国家开拓风电事业以及风电成本持续下滑，全球风能产业将保持快速发展态势，预计到2022年全球风电装机容量再增长56%，届时全球风电累计装机容量将达到840 GW（图2）。 截至2017年底，有30个国家风电累计装机超过1 GW。其中，18个在欧洲地区，5个在亚太地区（中国、印度、日本、韩国、澳大利亚），3个在北美地区（加拿大、墨西哥、美国），3个在拉丁美洲区域（巴西、智利、乌拉圭），1个在非洲（南非）。有9个国家风电累计装机容量超过10 GW，分别为中国、美国、德国、印度、西班牙、英国、法国、巴西和加拿大。 图1 2001-2017年全球风电装机发展态势（上图为年度新增装机量，下图为累计装机量，单位：MW） 图2 2018-2022年全球风电年度新增和累计装机容量市场预测（单位：GW） 2017年，亚洲地区风电新增装机容量24.4 GW，占同期全球新增装机容量的近一半，再次成为全球风电增长引擎。其中，中国以 19.5 GW继续领跑亚洲新增装机排行榜，使得中国累计装机达到188 GW，稳居全球第一大风电市场宝座；但随着国家电力需求增速放缓和发展太阳能计划，预计未来五年中国的风电增速会趋缓。印度在2017年创下4.1 GW新增装机纪录，累计装机达32.8 GW，成为紧随中国之后的亚洲第二大风电市场；但由于缺乏政策延续性，预计印度2018年的风电增长将会放缓。其他亚洲国家，巴基斯坦（+199 MW）、日本（+177 MW）、韩国（+106 MW）、越南（+38 MW）和泰国（+24 MW）等也都呈现出不同程度的增长。总体而言，未来五年亚洲市场风电装机容量预计新增141.7 GW（图3），到2022年底累计装机容量预计达到370 GW（图4）。 图3 2018-2022年全球不同区域新增风电装机容量预测（单位：GW） 图4 2018-2022年全球不同区域累计风电装机容量预测（单位：GW） 2017 年，欧洲风电实现了创纪录增长，新增装机16.8 GW。其中德国新增装机最多，为6.6 GW，紧随其后的是英国（+4.2 GW）和法国（+1.7 GW）。芬兰、比利时、爱尔兰和克罗地亚纷纷突破了装机纪录。截至2017年底，全欧风电累计装机容量达到178 GW，其中德国、西班牙和英国分别以56.1 GW、23.2 GW和18.9 GW位居累计装机排行榜前三甲。瑞典、波兰、葡萄牙、丹麦和土耳其五个国家累计装机都超过5 GW；奥地利、比利时、芬兰、希腊、爱尔兰、荷兰和罗马尼亚7个国家累计装机都超过1 GW。总体而言，预计欧洲将继续按照2020年的可再生能源目标推进风电产业的发展，这对推动欧洲风电市场上升将起到积极的促进作用。到2022年，欧洲风电装机容量预计新增约76 GW，累计装机预计达254 GW。 在北美地区，2017年风电市场持续了过去数年强劲发展态势。其中，美国表现最为抢眼，以7.1 GW年度新增装机容量再次主导北美风电装机，同时在建项目显示未来几年的新增装机容量也将非常稳健。受益于10座新建风电场的投入运营，2017年加拿大新增风电装机341 MW。墨西哥2017年新增装机容量478 MW，未来数年将按照新的能源改革和政府目标持续发展。总体而言，预计未来五年北美地区新增装机容量约为53.6 GW，届时累计装机预计达159 GW。 拉丁美洲方面，巴西以新增2 GW风电装机引领该区域市场增长，令人鼓舞的是这一增长的实现是在国内政治和经济危机并未完全解决的背景下完成的。乌拉圭新增装机295 MW，累计装机达1.5 GW，使得乌拉圭极其接近100%可再生能源电力目标。阿根廷在2016-2017年完成的招标将从2018年开始带来实质性的风电装机增长。总体而言，预计到2022年拉丁美洲地区的新增装机容量将达到16 GW，累计装机将达34 GW。 在非洲和中东地区，过去一年有很多发展，但是真正带来实际装机的国家仅限于南非，新增装机618 MW。肯尼亚和摩洛哥也有一批新建的风电项目正在积极开展中，并将在2018年完工投入使用。预计到2022年，两个地区新增装机之和将达到9 GW，使得累计装机之和有望达到14 GW。大洋洲相对沉寂，仅澳大利亚新增装机245 MW。澳大利亚在2017年签署了很多风电新项目，预计会在未来几年保持稳定增长态势，受此驱动，预计到2022年大洋洲新增装机4.7 GW。 海上风电方面，2017年较2016年同比飙涨了95%，获得4.3 GW的创纪录装机增长，集中位于9个风电市场，包括：英国（+1.6 GW）、德国（+1.2 GW）、中国大陆（+1.1 GW）、比利时（+165 MW）、芬兰（+60 MW）、中国台湾（+8 MW）、日本（+5 MW）、韩国（+2 MW）和法国（+5 MW）。截至2017年底，全球海上风电累计装机达到18.8 GW，其中近84%的海上风电装机（15.8 GW）位于11个欧洲国家海岸附近的海域，16%位于中国大陆，其余位于越南、日本、韩国、美国和中国台湾地区。英国是全球最大的海上风电市场，累计装机为6.8 GW，2017年市场份额占比36%，德国（28.5%）次之，中国（15%）第三，随后是丹麦（6.8%）、荷兰（5.9%）、比利时（4.7%）和瑞典（1.1%）。 图5 全球不同国家和地区海上风电装机发展态势（单位：MW）

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发布时间: 2018-06-15

84. DOE资助1450万美元加速推进地热钻探技术研发

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4月23日，美国能源部（DOE）宣布资助1450万美元用于支持先进地热钻井技术的开发项目 ，旨在提升地热钻井技术水平，降低地热钻井过程中的风险和成本，提升地热资源开发利用效率。本次资助主要关注三大主题领域，具体内容如下： 1、缩减非钻井时间 借助人工智能和大数据对地热钻井全过程进行实时的监控和数据分析，以实现钻井自动化，同时开发双径套管一次性固井技术，以减少井漏、卡钻、填砾堵塞等事故的发生，以减少非钻井作业时间的延误，提升钻井效率。单个项目资助额在100~200万美元之间，项目周期最长不得超过24个月。 2、新型地热钻井技术开发 开发新型钻井材料、技术和工艺（如耐高温钻井材料、耐磨性更强的钻头、高效破岩、定向井技术等），提升钻井速度，改善地热的开发效率。单个项目资助额在100~200万美元之间，项目周期最长不得超过24个月。 3、加快技术成果转化 强化研究机构、地热能源企业和相关投资商的合作，形成更加高效的合作机制，促进技术成果和验证数据信息的共享，同时引入第三方的技术评估机构减少技术的投资风险，以吸引地热能源企业和投资商的兴趣，消除新型有发展前景地热开发技术的市场化壁垒（如融资困难），加快技术的成果转化。单个项目资助额在50~100万美元之间，项目周期最长不得超过24个月。

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发布时间: 2018-06-01

85. 先进能源科技动态监测快报2018年第4期

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决策参考 特朗普政府公布2019财年预算纲要 清洁能源预算大减 2 GWEC：2017年欧洲风电新增装机达创纪录的16.8 GW 3 2017年欧洲新增光伏并网容量8.61 GW 创历史新高 6 项目计划 DOE密集启动数个二氧化碳捕集技术研发项目 7 DOE资助650万美元支持化石能源示范工程建设 9 前沿与装备 全新疏水性EH44空穴材料提高钙钛矿太阳电池稳定性 10 实验首次解密连续沉积钙钛矿生长机理 11 廉价镍铁纳米泡沫催化剂高效裂解水为氢能经济开辟新道路 12 新型氮化钛金属网隔膜破除液态金属电池短板 13

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发布时间: 2018-03-28

86. 先进能源科技动态监测快报2017年第11期

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决策参考 美能源部2018财年研发预算遭大幅削减 2 AEE：2016年全球先进能源产业收入达1.4万亿美元 4 SolarPower Europe：2021年全球光伏累计装机将达700 GW 7 项目计划 欧盟委员会发布清洁互联交通运输现代化行动计划 9 日本启动数个集成新能源的新型发电示范系统实证研究 10 前沿与装备 新型钙钛矿墨汁助力高效大面积钙钛矿电池规模化制造 11 新型3D海绵结构电极增强锌电池循环性能 12 介晶超结构钛酸锶催化剂实现高效光解水产氢 13 新型氧化钛纳米颗粒阴极增强锂硫电池循环寿命 13

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发布时间: 2017-06-23

87. 先进能源科技动态监测快报2020年第15期

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决策参考 国际能源署发布欧盟能源政策评估报告 2 欧洲电池技术创新平台提出2021-2023年研发创新优先事项 7 欧盟提出氢动力航空研发路线图建议 12 德国立法明确2038年前逐步淘汰燃煤发电 15 项目计划 DOE资助1.18亿美元开发先进燃煤发电及煤制氢技术 15 DOE资助1.39亿美元支持先进车辆技术研发 16 英国政府投入3.5亿英镑支持绿色复苏技术 18 前沿与装备 德科学家首次实现太空环境钙钛矿和有机太阳电池性能测试 19 小分子有机太阳电池转换效率突破15%创造世界纪录 20 离子液体电解质有效增强钾离子电池性能 21

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发布时间: 2020-11-09

88. 先进能源科技动态监测快报2019年第05期

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决策参考 欧盟发布面向2050氢能发展路线图 2 欧盟创建欧洲电池技术与创新平台 5 美国CRS发布报告评述第116届国会面临的科技问题 6 中国研究 《麻省理工科技评论》专刊评述中国能源重大进展 7 项目计划 ARPA-E资助3500万美元支持超高效电力管理技术研发 8 DOE资助2800万美元开展浮动式风力涡轮机研发 9 DOE资助2050万美元推进锂电池回收再利用事业发展 10 前沿与装备 纳米光子晶体衬底助力钙钛矿LED创发光记录 11 BF4-阴离子替代掺杂显著改善钙钛矿太阳电池性能 12 二维金属有机骨架平台促进可见光驱动高效分解水制氢 13 纳米纤维素助力首次实现3D打印高性能锂金属微电池 14

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发布时间: 2019-08-05

89. 两维-三维复合钙钛矿太阳电池创下22.2%转换效率新高

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有机无机杂化钙钛矿太阳电池凭借其转换效率高、制备工艺简单、成本低廉等诸多优点成为了新一代薄膜太阳电池技术的研究热点。然而当前高效率钙钛矿太阳电池主要采用三维（3D）相结构的钙钛矿薄膜，而3D钙钛矿存在稳定性不佳的问题，严重阻碍了钙钛矿电池商业化进程。相反，2D钙钛矿具备优异的稳定性，因此将2D和3D进行整合成为钙钛矿电池研究的前沿热点之一。 瑞士洛桑联邦理工学院Michael Grätzel教授课题组在常规的3D钙钛矿薄膜表面沉积一层具有超疏水特性的2D钙钛矿，大幅增强了薄膜的稳定性，同时2D钙钛矿增强了界面的空穴抽取，有效抑制非辐射复合，从而获得了高达22.2%的转换效率，创下了2D/3D复合钙钛矿电池效率新高。研究人员首先通过两步法制备了常规的3D相结构的钙钛矿薄膜，随后将其浸入碘化五氟苯乙基铵（FEAI）异丙醇溶液中，经高温退火处理使其结晶。紫外可见光谱测试显示，FEAI处理没有改变钙钛矿薄膜光的响应特性。但扫描电镜表征显示，FEAI处理后的钙钛矿薄膜表面形貌与未处理薄膜具有明显的差异性，意味着FEAI处理后的3D钙钛矿薄膜表面可能形成了新结构的薄膜。为了确认上述猜测，研究人员采用X射线光电子能谱和X射线能谱分析FEA+分布情况，结果显示FEA+均匀分布在3D钙钛矿薄膜表面。X射线反射率和掠入射X射线衍射进一步分析显示，FEAI处理的3D钙钛矿膜的XRD图谱是纯2D和3D相反射叠加的钙钛矿系统，意味着FEAI处理使得3D钙钛矿薄膜表面形成了一层2D钙钛矿薄膜，即形成了3D/2D复合钙钛矿薄膜。时间相关的光致发光谱（TRPL）显示，3D/2D复合钙钛矿载流子寿命较3D钙钛矿增加了一倍多，从950纳秒增加到了2550纳秒；并且空穴抽取效率测试显示3D/2D复合钙钛矿空穴抽取效率也更高。上述结果表明FEAI处理有效增强了空穴抽取，促进了电子和空穴分离，从而抑制了非辐射的复合，增强了载流子寿命。接着研究人员分别以3D钙钛矿和3D/2D钙钛矿为光敏层组装成电池器件，并进行光电化学性能测试，基于3D/2D复合钙钛矿的电池获得了1.096 V电池开路电压、25.8 mA/cm2短路电流和78.4%填充因子，光电转换效率高达22.2%，是迄今为止采用2D钙钛矿层的钙钛矿电池效率的最高值；相比之下，纯3D钙钛矿电池器件转换效率仅为20.6%。最后在40%湿度环境下，对未封装的器件稳定性开展测试，实验显示在一个标准太阳光辐照下连续运行1000小时后，3D钙钛矿电池效率大幅下降至初始值的43%，而3D/2D复合钙钛矿则仍保持了初始值的90%，展现出极其优异的稳定性。通过水接触角测量，3D/2D复合钙钛矿具有出色的耐湿性能，这主要归因于全氟化物的超疏水特性。 该项研究通过溶液浸润方法，创新设计合成了2D钙钛矿薄膜覆盖3D钙钛矿薄膜的3D/2D复合钙钛矿，由于2D钙钛矿的超疏水特性，提高了3D钙钛矿层的稳定性，同时2D钙钛矿层增强了界面空穴抽取，有效抑制了非辐射复合，从而在保障电池高性能的前提下大幅提升了电池稳定性，为设计开发高效稳定钙钛矿电池开辟了新思路。相关研究成果发表在《Science Advances》 。

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发布时间: 2019-08-29

90. 先进能源科技动态监测快报2020年第05期

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决策参考 欧盟可持续核能技术平台发布新版核能战略研究议程草案 2 美国国家石油委员会提出CCUS规模化部署路线图 5 牛津能源研究院分析新冠病毒疫情对全球石化行业影响 8 项目计划 DOE未来五年拟投入1亿美元推进人工光合系统研究 10 英国投入9000万英镑支持低碳排放能源技术开发与示范 11 ARPA-E资助3850万美元支持天然气管道修复新技术研究 12 前沿与装备 新工艺助力钙钛矿-晶硅叠层电池创下28.2%效率纪录 13 新型催化剂通过水界面促进作用实现甲烷高选择性制甲醇 14 硅颗粒嵌入还原石墨烯-锂金属复合电极提升电池循环稳定性 15

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发布时间: 2020-05-19

91. DOE与Exxon Mobil签订1亿美元能源技术研发合作协议

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近期，美国能源部（DOE）国家可再生能源实验室（NREL）和国家能源技术实验室（NETL）宣布与埃克森美孚公司（Exxon Mobil）签订联合研究协议 ，协议规定在未来10年内 Exxon Mobil将向NREL和NETL投资1亿美元，用于推进新型低碳排放能源技术研发、示范和商业化部署工作。该协议是能源部实验室与私营部门之间最大的公私伙伴合作项目之一，旨在利用企业在商业化推广方面的丰富经验以加速推进DOE国家实验室的创新、经济、低排放能源技术的商业部署进程，提高能源效率，减少化石燃料和石油化学品生产等过程中的排放。 根据合作协议，Exxon Mobil公司与NREL和NETL将开展的初步工作是探索生物燃料和碳捕集与封存（CCS）技术在发电、交通运输和制造业领域的商业规模应用有效途径。此次合作是Exxon Mobil公司一系列商业规模创新低碳排放能源技术研究项目重要组成部分，迄今为止Exxon Mobil已经与麻省理工学院、普林斯顿大学、德克萨斯州大学奥斯汀分校、佐治亚理工学院、威斯康星大学麦迪逊分校等几十所大学和研究机构合作，在可再生能源、电池技术、电网、石化行业、制造业等领域进行了低碳技术研究。从2000年至今，埃克森美孚共投入超过90亿美元用于开发和部署低排放能源技术。

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发布时间: 2019-08-20

92. 嵌入转化正极助力锂硫电池质量和体积能量密度双提升

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锂硫电池理论能量密度高达2600 Wh/kg，数倍于传统的锂离子电池，是锂离子电池的潜在继承者，具有广阔的发展前景。然而过量使用非活性组分（例如电解质和导电碳）导致电池能量密度与理论值相去甚远，以及多硫化物穿梭效应使得该类电池循环能力和容量快速衰减，上问题限制了锂硫电池商业化应用。麻省理工学院Ju Li教授课题组牵头的国际联合研究团队设计了一种具有致密的嵌入转化杂化机制的正极材料，显著改善穿梭效应，同时减少硫正极中的非活性组分，从而提升了电池的质量能量密度（Eg）和体积能量密度（Ev）。研究人员首先对正极孔隙率和正极比能量密度之间的关系进行理论分析，结果显示孔隙率极大地影响正极性能和最终的Eg和Ev，且随着孔隙率增加两者都会减小。然而当前已报道的相关文献采用电解质与活性物质的比例（E/AM）普遍大于15 μl/mg（锂离子电池正极为~0.3 μl/mg），意味着基于S8正极的超高比容量往往是通过过大的正极孔隙率和过量的电解质来实现的，在这种情况下，全电池的Eg和Ev能量密度就会下降。为此，研究人员将具备快速锂嵌入反应和高振实密度的电化学活性Chevrel相多硫化钼（Mo6S8）与S8复合，设计出嵌入-转换型混合正极材料（含碳量仅为10%质量分数），由于Mo6S8本身具备良好的电子和离子电导特性，因此可以在大幅减少非活性物质碳材料使用量的情况下保证电极良好的电子和离子电导。而且由于大幅减少碳材料使用，正极孔隙率也大幅下降，从70%减少至55%。E/A比例也大幅下降至 1.2 μl/mg。随后将该新型正极和Li金属组装成完整电池进行电化学测试。实验结果显示，基于新型嵌入-转换型混合正极锂硫电池的Eg和Ev分别高达366 Wh/kg和581 Wh/l，综合能量密度（Eg和Ev）优于一般锂硫电池和商业锂离子电池。且经过100余次循环后，电池仍可保持83%的初始容量，呈现出优异循环稳定性，这种良好的循环稳定性可归因于放电产物LixMo6S8对多硫化锂（LiPS）具有良好的吸附能力，即LiPS会被完全转化，从而抑制了穿梭效应。该项研究采用高电子和离子电导的嵌入式电极材料Mo6S8取代非活性物质碳和S8杂化形成嵌入-转化复合正极，大幅减少了碳含量和电解质用量，保证循环寿命的前提下单体能量密度大幅度提升，同时实现高的体积能量密度和质量能量密度，为解决锂硫电池商业化发展挑战提供了新的技术方案。相关研究成果发表在《Nature Energy》 。

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发布时间: 2019-06-05

93. 锰元素掺杂NASICON型正极材料增强钠离子电池能量密度

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钠离子快离子导体（NASICON）型正极材料因其具有三维钠离子快速传输网络、长循环稳定性以及高钠离子迁移率优点，而备受研究人员关注。然而，该类型电极由于其固有的热力学性质决定充放电过程中每单位电极结构中只有两单位的钠离子（Na+）能够实现可逆脱嵌，这大大限制了其能量密度。法国亚眠大学的Christian Masquelier教授带领的研究团队利用元素的替代掺杂的方法用锰离子（Mn2+）取代NASICON型正极材料磷酸钒钠（NaV2(PO4)3）中一个V3+离子的位置，显著提升了电极充放电过程中可逆的离子脱嵌数量，从而提高了电池的能量密度。研究人员通过溶胶凝胶法，将Mn2+引入到NaV2(PO4)3前驱体溶液中，随后通过800℃水热反应获得结晶产物。X射线衍射表征显示，产物为纯相的Na4MnV(PO4)3，即Mn2+确实掺入到NaV2(PO4)3晶体晶格当中取代了其中一个 V3+的位置。随后以Na4MnV (PO4)3为正极组装成完整的钠离子电池，并在不同的电压工作区间进行了一系列的电化学性能测试。首先考察了在2.5-3.7 V电压范围内（对应着V3+/V4+与Mn2+/Mn3+氧化还原电对的价态变化）电池性能与电极材料结构行为关系，发现在这一电压区间，采用新型的Na4MnV (PO4)3为正极电池与传统的NaV2(PO4)3正极电池一样呈现出典型的可逆两相反应（两个Na+脱嵌），且两者的电池性能相当，前者放电比容量为101 mAh g−1，后者为103 mAh g−1。然而，当拓宽工作电压区间后（2.5-4.3 V，充电过程对应着V3+/V4+、Mn2+/Mn3+及V4+/V5+氧化还原电对的价态变化），采用新型的Na4MnV (PO4)3为正极的电池就显现出不同于两相的可逆性单相反应（实现了三个单元的Na+脱嵌），放电比容量进一步提升到了 156 mAh g−1，库伦效率可达80%以上。研究人员指出，电池性能提升主要是Mn2+的取代激活了高电压处V4+/V5+氧化还原电对，从而实现了比容量提升。该项研究利用锰离子（Mn2+）部分取代掺杂修饰NASICON型正极材料NaV2(PO4)3，从而实现了每单位电极结构中三个单位的钠离子（Na+）的可逆脱嵌，从而增强了能量密度。为设计和开发高性能的钠离子电池开辟了新路径。相关研究工作发表在《Small Methods》。

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发布时间: 2019-01-03

94. 无镉量子点修饰催化剂实现可见光驱动高效光解水产氢

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半导体量子点/分子催化剂，是当前被广泛研究的一类光催化裂解水产氢的复合催化系统。但是，一方面传统的分子催化剂一般是稀有金属配位化合物或其衍生物，价格昂贵；另一方面，高吸光特性的量子点大部分含镉金属，有毒。因此，亟需开发新型高效的绿色（无镉）量子点/非稀有金属分子催化剂复合催化系统。 法国格勒诺布尔阿尔卑斯大学的M.-N. Collomb教授课题组设计制备了一种新型廉价、无镉、高效核壳结构量子点/钴金属配合物复合催化材料。研究人员首先通过微波活化方法直接在水中制备得到由硫化锌（ZnS）壳包裹硫化铟铜（CuInS2）核心的核壳结构量子点CuInS2/ZnS，投射电镜表征显示量子点的平均尺寸为 2 nm，紫外可见光谱测试结果显示，量子点从350 nm到650 nm紫外可见光区域都有着良好的光吸收特性。随后将CuInS2/ZnS量子点与钴基分子催化剂四氮大环化合物Cat1结合形成复合光催化材料，该复合催化剂整合了优异的可见光吸收特性、无机半导体的高稳定性以及分子催化剂的高催化功效多重优点。在pH=5.0、以抗坏血酸盐（NaHA）作为电子给体的情况下，新型的复合催化材料在可见光照射下展现出极其优异的催化裂解水产氢效能，平均单个量子点的催化周转次数为1100，而周转频率则达到了1.59 mmol_H2gQD-1h-1，这是迄今为止无镉量子点/分子催化剂复合体系的最高周转频率。研究人员进一步研究了分子催化剂的影响，在pH5.0的条件下，没有Cat1的对照实验中，可见光照射70小时后仅产生13.3 μmol 氢气，而含有Cat1氢气量则翻了几十倍达280 μmol，表明产H2的关键是CInS2/ZnS量子点与钴分子催化剂相结合。并且，该新型复合催化材料可以在光照下连续稳定产氢超过90小时，该催化材料具备了优异的化学稳定性。 该项研究开发合成了一种新型高效廉价、无镉CuInS2/ZnS量子点/钴基分子催化剂复合催化材料，具备了优异的光催化活性和化学稳定性，实现可见光驱动的高效光解水产氢，为新型高性能绿色光催化剂的发展提供有益参考。相关研究工作发表在《Energy & Environmental Science》 。 （刘竞 郭楷模）

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发布时间: 2018-05-27

95. 多孔石墨烯/镍钼合金催化剂实现高效稳定析氢

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电解水制氢是一种洁净、高效的能源转换技术，而析氢电催化剂是决定制氢效率的一个关键因素。然而，当前高效的制氢催化剂主要采用贵金属（如铂、钌等）材料，价格高昂、储量稀缺等问题严重限制了电解水制氢技术的规模化应用。因此，发展廉价、高性能的非贵金属催化剂成为该技术的前沿热点。筑波大学的Tadafumi Adschiri教授研究团队成功地合成了一种氮掺杂多孔石墨烯修饰的三维镍钼（NiMo）合金复合电极材料，展现出了与商用的贵金属催化电极Pt/C相当的催化产氢效能，且具备了良好的耐酸性。研究人员首先通过化学还原法将镍钼氧化物（NiMoO4）和二氧化硅（SiO2）纳米颗粒混合物进行高温还原，制备出了SiO2¬纳米颗粒负载的多孔NiMo合金复合材料；接着通过化学气相沉积方法在多孔NiMo合金表面沉积一层带有纳米孔洞的多孔氮掺杂石墨烯薄膜。研究显示NiMo合金表面的SiO2纳米颗粒作为骨架有效地阻止了合金孔洞界面处石墨烯的进一步生长，从而获得了多孔石墨烯。由此，研究人员通过调整SiO2纳米颗粒的负载量（10-5到10-1wt％质量分数）优化了石墨烯孔的尺寸。电化学测试结果显示，在0.5摩尔的硫酸溶液中，无孔石墨烯薄膜完全覆盖的NiMo催化电极多催化过电位为114 mV，催化转化频率为0.8 H2/s，经过1000次循环后催化电流降至初始的39%；而多孔石墨烯修饰的NiMo合金催化电极过电位仅为30 mV，催化转化频率为1.3 H2/s，经过1000次循环后催化电流可维持初始的68%，达到了商用的Pt/C催化电极相当的催化性能，即多孔石墨烯修饰的NiMo合金催化电极具备更加优异的催化活性和稳定性。通过密度泛函理论研究，多孔石墨烯修饰的NiMo合金催化电极拥有更加优异性能的原因在于多孔石墨烯改善了电荷转移，有利于H原子的吸附；另外多孔石墨烯的纳米孔与NiMo合金表面之间的相互作用，有效调整局部电子结构，导致H原子吸附的吉布斯自由能接近零，有助于析氢反应化学过程进行；且这种多孔石墨烯薄膜可以充当保护膜有效减轻NiMo合金催化剂被酸性电解质腐蚀，增强了催化稳定性。该项研究设计合成了新型多孔石墨烯包覆的镍钼合金复合催化电极，一方面改善了催化活性，另一方面增强了催化材料耐酸性提升循环稳定性，实现了高效稳定地光解水产氢。相关研究成果发表在《ACS Catalysis》 。

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发布时间: 2018-06-15

96. 先进能源动态监测快报2017年第15期

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决策参考 IEA：2016年全球能源投资再次下滑电力投资首超油气 2 美国家科学院评估认为ARPA-E机构运行效能良好 7 项目计划 DOE资助4620万美元加速推进太阳能发电技术研发 10 DOE资助2000万美元用于支持非常规油气开发 13 日本启动700℃超超临界火力发电用镍基合金材料开发项目 13 前沿与装备 全光谱太阳电池理论转化效率可达54% 14 MXenes助力开发超高倍率性能超级电容器 14 新型高催化活性钙钛矿氧化物催化电极 15 钠离子替代有效降低锂离子电池成本 16

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发布时间: 2017-11-02

97. 翼状Au@MoS2异质结催化剂实现高效经济电解水制氢

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电催化裂解水析氢反应（HER）是有效和可持续的制氢方法。然而当前高效的HER催化剂主要是各种贵金属（如Pt、Pd和Rh）材料，稀缺性和昂贵性严重限制了电解水制氢商业发展。而硫化钼（MoS2）作为一种传统贵金属催化剂的替代物，以其低成本、高活性的优势成为了该研究领域的热点。美国西北大学Vinayak P. Dravid教授研究团队利用形貌工程设计制备了金（Au）纳米颗粒修饰的翼状MoS2异质结催化剂w-Au@MoS2，利用Au纳米粒子的晶种效应，实现了对MoS2催化剂薄膜生长方向和形貌的调控，大幅增加了MoS2催化剂边缘活性位点和导电性，从而实现了经济高效地电催化分解水产氢。研究人员首先通过化学气相沉积法（CVD）在负载有Au纳米颗粒的硅（Si）衬底上沉积生长了MoS2，透射电镜和扫描电镜联合测试结果显示，产物为Au核MoS2壳翼状结构的w-Au@MoS2异质结，呈现上述结构主要由于Au核晶种效应所致，即 Au原子和S原子之间具备很强亲和能，使得Au核诱导MoS2生长成翼状。元素分布测试显示，中间的为Au元素，边缘为Mo和S元素，证实了w-Au@MoS2核壳结构。考虑到硅衬底低导电性，研究人员利用同样的工艺在高度有序的热解石墨衬底（HOPG）上生长了w-Au@MoS2异质结催化剂作为对比。随后对Si衬底和HOPG衬底w-Au@MoS2催化剂的电催化析氢性能进行对比测试。结果显示，与Si衬底上单独的Au或者MoS2催化剂相比，在Si衬底上生长的w-Au@MoS2异质结催化剂的电催化活性都要强；然而，由于Si衬底的低导电性，其HER性能提升的幅度不算太高。而以HOPG为衬底的w-Au@MoS2异质结催化剂的HER性能则是大幅提升。以HOPG为衬底的w-Au@MoS2异质结催化剂Tafel斜率较单独的Au（~64 mV dec-1）或者MoS2（~72 mV dec-1）催化剂都要小（~59.6 mV dec-1），其过电压也大幅下降至145.9 mV（Au和MoS2分别为200 mV和210 mV）。当使用恒定阴极电位时，研究人员在10小时反应窗口的析氢过程中观察到稳定的电流，展现出了良好的电化学稳定性。而根据氢气的覆盖范围，MoS2的平坦基面显示出ΔG。H 1.2-2.0 eV，而弯曲的基面（曲率为0.0338 m -1）导致活动增加，因为ΔG°H减小。这是由于MoS2壳结构中存在应变和晶格畸变。当氢气覆盖率增加到50%时，MoS2翼的边缘位置ΔG°H接近零，这与基面相比，HER活性明显增加。之字形边缘部位具有轻微的正ΔG°H，这有利于氢吸附，而边缘部位由于其负ΔG°H而有利于氢析出。说明翼形MoS2为析氢反应提供了大量边缘活性位点，而导电衬底HOPG允许有效的面内电子向边缘的活性位点传输从而进一步改善翼形MoS2的总体催化活性。该项研究利用“种子效应”实现了对MoS2形貌的控制，开发出一种独特的翼形低成本Au@MoS2异质结构复合催化剂，增加了MoS2催化剂边缘的活性位点，从而实现了高效电解水产氢，为开发高效低成本的电催化裂解水产氢催化剂开辟了新路径。相关研究工作发表在《Nano Letters》。

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发布时间: 2019-01-04

98. 先进能源科技动态监测快报2017年第22期

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决策参考 IEA：能源需求持续增长能源系统深刻转型 2 IEA：天然气市场模式转变给天然气供应安全带来新挑战 8 项目计划 美以联合资助480万美元开展清洁能源技术研发 10 DOE资助149万美元开发创新分布式风电技术 11 DOE资助400万美元推进二氧化碳地质封存研发 12 前沿与装备 英国资助8400万英镑支持AI、机器人和智慧能源研发创新 12 石墨烯/离子液体复合电极创下石墨烯基超容性能新高 13 新型蝴蝶翅膀仿生太阳能电池板吸光能力翻番 14 黑磷/氮化碳复合非金属催化剂实现超宽光谱响应 15 微波合成实现低温下高纯度磷酸钴锂制备 16

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发布时间: 2017-12-26

99. 人工聚合物固态电解质膜提升硅负极循环稳定性

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硅负极（Si）的比容量高达3580 mAh/g，是高能量密度锂离子电池负极的首选，但其在充放电循环过程中存在明显的体积膨胀，导致电极材料破碎并形成不稳定的固态电解质膜（SEI），电极的循环寿命受到限制。因此有效抑制硅负极体积膨胀和形成稳定SEI膜是该电池技术实现商业化应用的关键所在。 美国罗彻斯特大学的W. E. Tenhaeff教授课题组在Si负极表面沉积一层纳米级聚合物薄膜作为人工SEI膜，有效地防止了电解质和Si负极的接触，保持了稳定的电极-电解质界面，从而显著提升了硅负极的循环稳定性。研究人员采用化学气相沉积（CVD）技术将具有良好离子导电性的聚（1,3,5,7-四乙烯基-1,3,5,7-四甲基环四硅氧烷）（pV4D4）均匀沉积在Si薄膜电极上，并结合激光干涉测量法实现对沉积的pV4D4聚合物薄膜厚度的精确控制（25 nm），作为人工SEI膜以钝化Si表面，减轻了电解质与Si负极的接触。通过傅里叶变换衰减全反射红外光谱法（FTIR-ATR）对pV4D4薄膜进行了定性表征，发现V4D4单体和pV4D4涂层修饰的硅电极光谱非常相似，说明该单体的化学结构在聚合物薄膜中得到了很大程度的保留。用X射线光电子谱（XPS）对聚合物膜的组成进行了定量表征，发现Si电极的三个峰在薄膜涂覆的样品中消失并只出现了与pV4D4相关的新的峰，证明pV4D4已经成功包覆住了Si负极。接着在25℃下，对基于未包覆和包覆pV4D4薄膜的Si负极纽扣电池进行恒电流循环测试，且以C/10电流密度先循环2次以形成稳定SEI膜，随后以1C电流密度进行循环测试，结果显示无pV4D4包覆Si电极电池首次循环的库伦效率为64.4%，100次循环后可逆比容量为404 mAh/g（初始比容量为2560 mAh/g），库伦效率为93.5%；而pV4D4包覆Si电极电池首次循环库伦效率增加到了73.2%，100次循环后可逆比容量高达789 mAh/g（初始比容量为2550 mAh/g），库伦效率为99.2%。电化学阻抗谱分析显示，无pV4D4涂层电极首次循环放电后拟合的表面电阻为50欧姆，30圈循环后电阻增加至191欧姆，表明SEI不稳定，不断变厚，电解质和电极不断消耗，容量持续损失。而pV4D4涂层电极首次循环放电后的电阻为34欧姆，表明pV4D4包覆后形成了稳定的SEI膜，有效地避免了电解质和电极接触和副反应，避免了容量的衰减。 该项研究设计制备了人工聚合物SEI膜，实现了对Si负极表面有效钝化，形成稳定的界面，防止Si电极和电解质接触，抑制SEI的生长，避免消耗电解质，提升了比容量保持率和库伦效率，为开发高比能长寿命Si负极电池提供了新的技术路径。相关研究成果发表在《Science Advances》。

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发布时间: 2019-09-18

100. DOE资助9500万美元支持小企业研发创新

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4月15日，美国能源部（DOE）宣布在“小企业创新研究与技术转让（SBIR/STTR）”计划框架下启动2019财年的第二阶段第一批研发资助项目 ，即向全美21个州遴选出的74个中小企业资助9500万美元开展高性能计算、基础能源科学、生物与环境研究、核物理等四个主题领域的第二阶段研发创新工作，以开发通过第一阶段验证的技术的原型和工艺，推进美国科学技术的创新和技术成果转化，创造新的就业机会，增强经济竞争力。具体的研究内容参见表1。 表1 2019财年SBIR/STTR计划第二阶段第一批资助项目主要研究内容

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发布时间: 2019-08-05