《我国动力电池实现技术重要突破》

  • 来源专题:数控机床——前沿技术
  • 编译者: icad
  • 发布时间:2019-03-28
  • 记者从中国锂离子动力电池龙头企业宁德时代新能源公司获悉,近日该公司研发团队攻克动力电池正极和负极材料等关键核心技术,开发出比能量(质量能量密度)达304Wh/kg的样品,在国际市场上处于领先地位。

    业内分析认为,目前宁德时代的技术突破已获得实验成功,随着相关的技术逐渐进入市场化应用阶段,将显著提升国产动力电池核心竞争力。 据业内介绍,锂离子动力电池是目前应用最广泛的新能源汽车动力电池,但电池的能量密度成为产业化瓶颈。“电池的能量密度,是指电池平均单位体积或质量所释放出的电能。”宁德时代首席科学家吴凯说,“如何进行能量密度的提升,成为制约电池发展的世界性难题。” 据透露,锂电池包括正极、负极、电解质、膈膜等多个关键部分,正负极是发生化学反应的地方,相当于人体“任督二脉”。“由于目前负极材料的能量密度远大于正极,正极材料就成了‘木桶的短板’。”吴凯说,提高能量密度就要不断升级正极材料。 “批量稳定供应高性能的高镍正极材料是关键技术难点。”吴凯说,为此,宁德时代依托国家工程研究中心,通过与产业链上下游单位的协同开发,逐步实现了国产高镍材料的规模化生产及应用。

    宁德时代公司还瞄准负极材料的硬伤。目前业内大多采用石墨作为负极材料。随着对续航里程需求的升级,石墨已不能满足市场对电池能量密度的期望,硅基负极材料被看作是“替代者”。 “传统硅基材料的应用,主要采用碳包覆技术,但多次循环后包覆的碳材料会破碎、脱落,导致电池循环性能不佳。”吴凯说,宁德时代转向研究人造电解质界面膜包覆技术。历时两年多,开发出具有自主知识产权的新型人造电解质界面膜包覆的硅碳复合负极材料,其循环性能表现显著优于国外产品。

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  • 《硅藻—太阳能电池技术突破的新途径》

    • 来源专题:集成电路
    • 编译者:shenxiang
    • 发布时间:2019-08-01
    • 硅藻,一种繁衍十分迅速的硅藻类植物,它们的无定型二氧化硅壳体以及独特的立体结构,可以使光在细胞内进行充分的光合作用。在人类发明硅基太阳能电池之前,自然界中的硅藻早已开始利用二氧化硅来收集太阳能。近年来,众多国内外研究人员就希望利用硅藻的光学特性来推动太阳能技术取得突破。 硅藻特殊结构发挥重要作用 藻类有200个门,10万多个种,大多数生活在海水中,能利用太阳能进行光合作用。藻类是世界上光能利用最成功、光能利用率最高的有机体,其能较少的反射太阳光,并通过网格毛孔捕获太阳能。 藻类高效利用阳光的最大秘密在于其外壳,其中单细胞的硅藻外壳是最佳模型。硅藻外壳是由结构极为复杂精密的二氧化硅组成10~50nm 的六边形微孔排列形成丝网状结构,复杂的结构能使射进的光线无法逃逸,这种纹饰繁密的藻壳不仅增强了硅藻的硬度和强度,使其具有能悬浮起来的机械性,而且提高了其运输营养物质和吸附、附着的生理功能,且阻止了有害物质进入,增强了光吸收率。 研究人员在很多具有分级多孔结构的生物材料中发现了天然的光子晶体效应,硅藻的特殊结构让它成为一种良好的光子晶体,能够大大提升光捕获效率,这种特性让硅藻在太阳能电池中发挥了重要的作用。 硅藻天然材料降低所需成本 硅藻这种微小生物对有机太阳能电池(相较于传统太阳能技术,这种技术成本更低)的设计有着独特的价值。因为设计这些电池的一个挑战是,它们需要非常薄的活性层(只有100到300纳米),而这限制了它们将光能转化为电能的效率。 解决这个问题的方案便是嵌入能够吸收与分散光的纳米结构来提高吸收水平,但这对于大规模生产来说太贵了。而这恰恰就是硅藻能够起作用的地方。经过数十亿年的适应性进化,它们已经尽可能优化了吸收光的能力。而且它们是自然界中最常见的浮游植物,这就意味着它们很便宜。硅藻在世界各地的海洋和淡水中非常普遍,因而成本非常低,所以它们成为改善光伏发电的理想选择。 硅藻有效提高能量转换效率 藻类外壳利用阳光的构筑是未来太阳能电池原材料和模型构筑的最佳供体。有机光伏太阳能电池具有由有机聚合物制成的活性层,这意味着它们比常规太阳能电池便宜,但它们的转换效率不太高,主要因为其有源层非常薄,通常需要小于300纳米,因此这限制了转换效率。 而利用硅藻的光学特性,将硅藻加入到染料敏化太阳能电池(是以低成本的纳米二氧化钛和光敏染料为主要原料,模拟自然界中植物利用太阳能进行光合作用,将太阳能转化为电能)的二氧化钛薄层后,能量转换效率是原转换效率的1.3-1.4倍(而把硅藻壳体加入到二氧化钛中烧结形成电池阳极,增加了光捕获和在电池中的散射性能,传统二氧化钛覆膜3遍的转换效率为3.8%,加入了硅藻壳体的二氧化钛转换效率可以达到5.26%)。 硅藻对于人类来说就是一个未开发的宝藏,除了在太阳能光伏材料上能有效的突破目前的能量转换效率,而且在其他领域还有着相同重要的应用。例如硅藻细胞代谢产生的多糖、蛋白质、色素、油脂等,使其在食品、医药、基因工程、液体燃料等多个领域都有极大的开发前景。 通过硅藻壳生产的微纳米二氧化硅是自然界独一无二、纯度极高的生物无机材料,也是最佳微纳生物平台材料,当然硅藻在养殖过程中也能吸收二氧化碳释放大量氧气,对环境有着巨大的贡献。
  • 《中国“10万大空分”核心技术 实现自主化突破》

    • 来源专题:油气开发与利用
    • 编译者:cncic
    • 发布时间:2018-06-27
    •   “中国首套自主研制的‘10万大空分(10万立方米等级空分装置用空气压缩机组),已在神华宁煤集团稳定运行一周年,近日通过了中国机械工业联合会等机构组织的专家鉴定。”中国首套“十万大空分”项目总设计师、沈阳鼓风机集团副总工程师汪创华接受记者采访时表示。大型空分压缩机是为煤化工、石油化工、冶金等行业提供动力的心脏设备。中国通用机械工业协会会长黄鹂认为,首套国产“十万大空分”的成功研制,是中国重大装备国产化的又一历史性突破。2017年4月23日,由沈鼓集团承担研制的中国首套自主化国产“10万大空分”装置,在神华宁夏煤业集团400万吨/年煤制油项目中,一次试车取得成功。“10万立方米等级的大型空分压缩机,要保障每小时从50万立方米的空气中,压缩分离出10万立方米的氧气,技术非常复杂,制造工艺难度大,一直被国外少数几家公司垄断。”汪创华说。作为中国大型空气压缩机研制的领军企业,近年来沈鼓集团对“十万大空分”进行了自主攻关,还在辽宁省营口市投资建立了专门的生产试验基地。为了满足“10万大空分”装置的大流量、大压比、高效率要求,以汪创华为首的研发团队,首创了空压机“轴流+离心”共轴结构,增压机创新采用多轴多级齿轮组装结构,解决了叶轮直径大、效率低等难题,并实现一键式启车、黑屏式稳定运行。沈鼓集团是中国重大技术装备行业的战略支柱型领军企业,近几年为千万吨炼油、百万吨乙烯等国家重点工程项目开发出了一批具有国际先进水平的高端装备。今年1月,沈鼓集团还与宁夏宝丰集团签订了两套10.5万立方米等级的空分压缩机组订单。业界人士和有关专家表示,沈鼓集团“10万大空分”填补了国内空白,打破国外技术垄断,使企业成为世界上少数几个拥有10万立方米等级大型空气压缩机核心技术的企业,标志着中国企业已成功实现大型空气压缩机的自主化研制,对促进中国能源产业安全起到重要保障作用。