三

2018年能源領域技術開發最新動態

1.電力技術

●美國NASA迷你核反應爐“千瓦動力”測試成功將用于月球與火星生活

在2017年12月美國總統特朗普簽署了“1號太空政策指令”，宣布美國將重返月球，并最終前往火星。美國國家航空航天局（NASA）、洛斯阿拉莫斯國家實驗室、美國能源部和其他一些團體正在研發一種可以在旅途中可靠發電的迷你核反應爐“千瓦動力”（kilopower），在2017年11月開始進行全功率測試，并于2018年3月完成測試，整個實驗過程相當順利，這將是核能技術的重要發展，因為它將成為未來最重要的太空船原件，并安裝在月球或是火星基地上。洛斯阿拉莫斯國家實驗室反應堆設計總負責人表示，Kilopower系統是40多年來美國開發的首個新型裂變反應堆概念，而且最近的試驗提供了寶貴的數據并有效評估了其基礎設施，接下來的18個月將會繼續測試，包括任務研究和風險分析等工作，并且希望能在2020年代的中期，將反應爐送上太空。

●俄羅斯研發用血液中的葡萄糖獲取電力的方法

俄羅斯科學研究中心代表向俄媒表示，庫爾恰托夫研究所的學者研制出利用人血液中的葡萄糖獲取電力的方法，這將確保心臟起搏器的不間斷運行。該研究所國家研究中心NVIS技術綜合體生物技術和生物能源部副主任巴維爾•戈托夫采夫介紹說，新方法可以從人體血液所含葡萄糖中獲得15微瓦至40微瓦的電流。這足夠保障一部現代心臟起搏器運轉，與此同時，患者不會感到任何不適。目前，學者們計劃在動物身上進行這項新技術的生物實驗。但即使取得成功，仍需10年左右的時間才能開展臨床試驗。

2.儲能技術

●新加坡研發電池新技術 10小時內容量恢復至95%

新加坡南洋理工大學的科研人員成功研發一項新的電池技術，該項技術不是改進電池結構、提升電池密度，而是針對用舊的老電池，號稱能讓鋰離子電池在10個小時內，恢復至95%的容量，等于“返老還童”。具體來說，這項新技術是在每個鋰離子電池中已有的兩電極間增加第三電極，從而將殘留的鋰離子從一極排出到另一極，去除影響電池性能的“雜質”。因為天然屬性限制，鋰電池使用時間越長，容量就睡損失越明顯，一般300~500次充放電循環后就會損失15~20%的容量，而且無法逆轉。

但是新加坡南洋理工大學 Yazami教授稱，他的發明可以讓老舊鋰電池很快恢復青春，而且每隔幾年就能在相同的電池上重復進行恢復容量操作，既能延長電池使用壽命，也有利于環保。這一發明已經在智能手機上做了測試，不過對于電動汽車行業的改變意義更加重大，因為一般人可能會兩年換一部手機，但汽車會用上十年以上。據悉，蘋果、三星和松下等產業巨頭都對這項發明興趣濃厚。

●研究人員發明生產出有史以來最高性能的倒置鈣鈦礦太陽能電池

在《科學》雜志的一項研究中，來自北京大學、薩里大學，牛津大學和劍橋大學的一組研究人員詳細介紹了一種減少有害的非輻射復合過程的新方法，在該過程中鈣鈦礦太陽能電池的能量和效率都會降低。

該團隊發明了一種稱為溶液二次生長(SSG)的技術，該技術將倒置鈣鈦礦太陽能電池的電壓提高了100毫伏，達到1.21伏的高電壓，同時不會影響太陽能電池的質量或通過器件的電流。他們在一臺設備上測試了該技術，測得了創記錄的20.9％的PCE，這是迄今為止記錄的倒置鈣鈦礦太陽能電池最高認證的PCE。

●德國科學家研制超級電池組汽車續航能力有望提高一倍

歐洲最大的應用科學研究機構——德國Fraunhofer-Gesellschaft（弗勞恩霍夫應用研究促進協會）日前宣布，其研制出一種超級電池組，在不增加體積的前提下可提高電動汽車續航能力。該研究團隊稱，以特斯拉Model S為例，其目前電池續航為540公里，若可使用該超級電池組，續航能力有望則有望提高一倍至1000公里左右。這種新型電池組名為EMBATT，該研究項目的經理Mareike Wolter稱，這種新型電池組最大的技術突破是改變了電池內部電極的形態。

像特斯拉這樣的電動汽車，其電池板內部是由大量圓柱形18650鋰電池連接而成，這樣的設計會出現很大空間浪費，而Fraunhofer-Gesellschaft的新型電池設計就是為了消除這種空間浪費。所謂的18650型是一種電池的規格，是電子產品中比較常用的鋰電池，常在筆記本電腦的電池中作為電芯使用。該型號具體定義的法則指的是，電池直徑為18mm，長度為65mm，圓柱體形的電池。特斯拉最新車型Model S具有100千瓦時的電池板，包含8000多節18650型鋰離子電池。

●美國研究出一種新的水基鋅電池稱可以替代鋰電池

美國馬里蘭大學、陸軍研究實驗室和國家標準與技術研究院研究人員組成的研究小組，將傳統的鋅電池技術與水電池技術相結合，開發出了容量更大、安全性更高的可充電電池。他們使用新型的含水電解質，替代傳統鋰離子電池中使用的易燃有機電解質，大大提高了電池的安全性;而通過添加金屬鋅以及在電解液中添加鹽，則有效提高了電池的能量密度。

研究人員指出，鋅電池是一種安全且生產成本相對較低的電池，但能量密度低，壽命也短，因而并不完美。新型水基鋅電池則克服了傳統鋅電池的這些缺點，不僅大大提高了電池的能量密度，電池壽命也延長了許多。而與鋰電池相比，水基鋅電池不僅可在能量密度方面與其一較高下，而且安全得多，不會有爆炸或引發火災的風險。

●以色列StoreDot公司研發閃充電池，充電只需幾分鐘

以色列StoreDot公司研發“閃充電池（flash batteries）”，一種可在數分鐘內將電動車充滿的鋰離子電池，將納米材料與新型有機化合物相結合，利用納米材料保護合成有機材料不膨脹和不分解，從而也消除了傳統充電電池存在的安全隱患，以這種獨特方法研發開創性的充電電池材料。除了汽車用電池外，StoreDot為手機充電研發類似的電池技術，該公司希望2019年前對該產品進行商業化。StoreDot稱其電池產品環保，而且在充滿電后，電動車可行駛300英里（約483公里）。

2018年英國石油公司對以色列初創公司StoreDot投資了2,000萬美元，希望在運營中減少溫室氣體的排放。除了此次投資的BP之外，德國汽車制造商戴姆勒還是該初創公司的投資者，2017年9月向StoreDot投資了6,000萬美元。

●韓國開發出常溫液體金屬-空氣電池

韓國科學技術研究院（KIST）能源儲存研究團隊在全球最早采用常溫液態的Ga/In共融化合物，成功開發出金屬-空氣電池(air-cell)的全新陰極材料，有望替代現有的二次電池。此項研究成果實現了電極的高穩定性和長壽命，在確保高性能的同時，還通過空間設計實現了自由變形，與復雜的納米工藝技術相比，通過簡單的混合工藝就可以制造復雜金屬的電極，只需較低成本就可以完成高伸縮性和可變性的電極工藝，為了實現這一技術的后期推廣，目前正在進行商用化技術的評價工作。此次研究開發的電池技術有望成為第四次工業革命能量儲存系統的全新解決方案。

●研究人員打造新生物太陽能電池技術陰雨天也可用

哥倫比亞大學的研究人員已經發現了一種新的廉價方式，借助細菌打造的太陽能電池將陽光轉變成能量。他們打造的這種太陽能電池產生的電流比之前記錄的任何類似裝置都要強，而且無論在強光和弱光環境下都同樣有效。項目負責人稱，這項研究的重點在于我們發現了一個不會殺死細菌的過程，因此它們能夠無限期的制造生物染料。這種生物太陽能電池技術也擁有著其它的潛在應用，比如說在采礦業、深海探索和其它低光照環境中等。

據加拿大不列顛哥倫比亞大學近日發布的一份新聞公報，該校研究人員選擇讓天然色素保留在細菌內，他們通過基因工程技術改造大腸桿菌，使其大量產生番茄紅素。番茄紅素是一種賦予番茄橙紅色的色素，能特別有效地吸收光線并轉化為能量。據加拿大不列顛哥倫比亞大學近日發布的一份新聞公報，該校研究人員選擇讓天然色素保留在細菌內，他們通過基因工程技術改造大腸桿菌，使其大量產生番茄紅素。番茄紅素是一種賦予番茄橙紅色的色素，能特別有效地吸收光線并轉化為能量。

3.其他技術

●瑞士生物沼氣直接甲烷化技術進入實用階段

據瑞士保羅謝爾研究所（PSI）介紹，該所開發出一項獨有的生物沼氣直接甲烷化技術，將氫氣直接加入生物沼氣中進行甲烷化反應，使生物沼氣中的二氧化碳直接轉化為甲烷。經過直接甲烷化處理的生物沼氣甲烷含量大大提高，質量可滿足直接輸入天然氣管網的要求，不再需要經過提純凈化處理環節。

為在實際應用條件下驗證該項技術，瑞士保羅謝爾研究所與瑞士一家能源企業合作開展驗證和示范研究。將該項技術集成在一個集裝箱大小的代號為Cosma的示范裝置內，接入實際運行的生物沼氣站進行1000小時驗證試驗，經過甲烷化后的沼氣直接進入天然氣管道，可滿足一個獨立家庭住宅的取暖和熱水供應。試驗取得成功，顯示了該項技術已經具備進入實際應用的條件。該項成果日前獲得瑞士能源技術獎。

●英國科學家發現新方法用太陽能殺死水污染物質

最近，英國斯旺西大學的研究人員開發出了一種新型的無毒物質，可以利用太陽能將排放到水中的有害污染物無害化。據了解，目前每年大約有30萬噸污染物被排放到水體中，而科學家開發的這種新型物質，可以從水中去除燃料污染物，并且吸附率達到90%以上，比現有的吸附技術效果整整提高了10倍。這種混合物平時被保存在高壓密封的容器中，通過在微型氮化鉭顆粒表面生產的超級“納米氧化物”進行合成。然后這種材料利用太陽能提供的能力將污染物分解成更小、更無害的分子，而這一過程被稱為“光催化降解”。在去除有害的燃料之后，催化劑可以通過簡單的方法從水中過濾出來，然后重復使用。雖然通過光降解的方式已經研究了幾十年，但是知道最近一段時間，研究人員才開發出能夠真正吸收污染物的材料。之前雖然像二氧化鈦也能利用太陽能分解染料，但是效率非常有限，因為與普通的太陽光譜相比，它們紫外線這種能量更高的光線吸收率更好。如果未來這種材料能夠被大范圍的使用，那么新型材料將會大幅提升水體中污染物過濾的速度。