來源：材料科技在線

 

1.多孔石墨烯加速能源革命

 

科學家一直在尋找一種可以儲存大量電荷并可以迅速釋放能量的材料?，F在研究人員已經做出了初步的材料——石墨烯--Nb2O5納米復合材料。

 

納米結構儲能材料受到超薄電極和低質量負載的限制，然而研究人員制備了三維多孔石墨烯網絡，加入Nb2O5后表現得類似于納米導電支架，克服了上述問題。相互連接的石墨烯結構提供了電子傳輸的框架，而可調節的孔隙允許離子的快速移動。這項工作非常出色。由新的納米復合材料制成的電極，在實際有用的重量(11 mg/cm2)下仍然顯示出高速和高區域容量。

 

 

2、重磅消息！儲氫不再遙遙無期！

 

勞倫斯•利弗莫爾國家實驗室(LLNL)的科學家通過理論與實驗發現了二硼化鎂(MgB2)吸收氫氣的原理，并為將MgB2轉化為Mg(BH4)2(硼氫化鎂，氫含量最高)的反應途徑提供了重要的見解。

 

由于Mg(BH4)2的氫含量很高而且熱力學性能也很獨特，所以Mg(BH4)2是一種特別有希望的儲氫材料。研究發現，在氫暴露的初始階段，MgB2可以氫化成Mg(BH4)2而不形成中間體化合物。這項研究為理解固態儲氫材料中的復雜反應、實驗和理論整合提供了一個更加全面的路線圖。

 

 

3、小儲能器件釋放大能量

 

壓電材料利用實際應用中的機械壓應力來產生電能，并且壓電材料可被應用于手機到超聲波換能器等各個領域。這種電能也可以由振動引起的應力產生，因此科學家創造了PEH。這些PEH可以小到微米或納米級別，并與納米器件一起使用。

 

來自伊朗的研究小組基于非局部彈性理論研究了非線性振動和電壓，該理論指出點應力取決于該點附近區域的應變。通過這個理論，他們可以更簡單直接的推導非線性運動方程。研究結果表明，納米尺度的質量和比例因子產生的電壓和振幅成正比。隨著在醫療、工程和物理等領域的應用，科學家在納米器件所需要與其尺寸匹配的供能系統的研究上已經取得了巨大的進步，如最近研究出的PEHs模型。

 

4、創建更持久的燃料電池

 

影響燃料電池壽命的一個主要問題是中央電解質膜的氧化或分解。這個過程會導致電解質膜上產生孔洞，并最終導致化學短路。

 

華盛頓大學—圣路易斯的一個工程小組已經開發出一種新的方法來檢測氧化反應的速率。這項技術在了解電池如何分解、設計如何延長燃料電池壽命時將是一個轉折點。這種新的方法能讓研究人員關注的發生在電池內部的現象有一個更好的解釋。在操作過程中，使用燃料電池內部熒光光譜監測氧化物質——自由基的形成。通過熒光光譜與光纖的結合使用，研究者可以直觀地量化燃料電池內部產生的會破壞電解質膜的氧化自由基。

 

 

5、Science突破：鈣鈦礦太陽能電池突破瓶頸，既高效又穩定不再是夢！

 

鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）制造成本低，光電轉換效率高。但從商業化生產角度考慮，鈣鈦礦薄膜還需要具有高的耐用性，并且在太陽光下不會隨著時間發生降解。

 

科學家們通過引入硫氰酸亞銅（表面被一層薄薄的還原氧化石墨烯所保護），大大提高了鈣鈦礦太陽能電池的工作穩定性。在對該類型的太陽能電池進行加速壽命測試試驗(一項重要的檢測項目，在60℃的條件下，將待測對象暴露于全光照下1000小時以上)時發現，器件的損耗程度不足5％；電池以最大功率、不低于原始工作效率(20%以上)95%的情況下連續工作了1000多個小時。這甚至超過了基于有機空穴傳輸材料的鈣鈦礦太陽能電池的穩定性，這類太陽能電池目前正被大量研究且在該領域占主導地位。

 

 

6、鋰電池充電提速小幫手——瀝青

 

萊斯大學的科學家認為，一塊瀝青可能對高容量鋰金屬電池而言是神奇的，它可以使商業鋰離子電池的充電速度提高10到20倍。

 

化學家James Tour在Rice實驗室研發出由瀝青制成的多孔碳的陽極，其在超過500個充電---放電循環之后顯示出極好的穩定性。高電流密度為20mA/cm2，證明了該材料在高功率密度下的快速充放電裝置中的應用前景。這些電池的容量是非常巨大的，但同樣引人奪目的是，其充電速度提高了20多倍。

 

 

7、新發現！涂覆金屬納米粒子的紙基超級電容器有望應用于可穿戴設備

 

來自美國和韓國的研究人員利用金屬納米粒子在紙上涂覆纖維，來制備出能量密度和電荷密度都很高的超級電容器電極，開發了一種紙基柔性超級電容器，這種電容器可以為可穿戴設備供電。

 

通過在紙上涂覆導電和儲電材料，此項技術制備了可以充當電極集電器和納米粒子存儲器的大表面。測試表明：應用了此技術的設備可以折疊數千次而不影響其傳導性。這種柔性能量儲存設備為可穿戴設備聯網提供了獨特機遇，有助于我們促進最先進便攜電子器件的發展。我們也有機會把這種超級電容器與集能設備結合，這樣就可以為生物醫療傳感器、消費者、軍用電子設備及類似的應用供電。

 

8、新型電解質讓固態鋰電池的普及不再遙遠！

 

美國猶他大學礦物與地球科學學院的Jan D. Miller教授和研究人員研發出一種新的基于DRAGONITE的固體聚合物電解質(SPE)，這可能會增加固態鋰電池技術在商業方面的應用。與傳統的液體和凝膠基鋰電池相比，固態鋰電池具有更長的循環壽命、更大的儲存能力，而且生產成本更低。

 

Miller教授的研究團隊已經展示了如何將DRAGONITE整合到聚合物電解質中，如此一來可以在寬范圍的工作溫度范圍內降低結晶度，從而減少目前固態鋰電池技術所遇到的電導率損失。值得強調的是，這種突破是由于DRAGONITE納米管形態的獨特表面性質，DRAGONITE納米管為提高電解質材料導電性創造出多維途徑。

 

9、這種新材料居然可從海水中提取氫氣！

 

在很多情況下，從太陽能中生產化學燃料，是比太陽能電池板發電更加有效的解決方案。電能必須被使用或者存儲在電池中，但是電池會降解，而氫氣則很容易存儲和運輸。 制造催化劑相對便捷、便宜。

 

來自UCF的研究人員Yang Yang提出了一種利用太陽能的新型混合納米材料，并且利用它能夠更加廉價和有效地從海水中生產氫氣。一般的催化劑只能將有限帶寬的光轉化為能量。憑借其新材料，Yang的團隊能夠顯著提高可吸收光的帶寬。通過控制納米片中硫的空位密度，他們可以產生紫外—可見光—紅外光這一范圍波長的能量，使其效率至少是當前光催化劑的兩倍。新型催化劑，不僅可以獲得比其他材料更加廣泛的光照，而且可以應對海水中的惡劣環境。

 

 

10、先進電極和催化劑極大的影響電池性能

 

UCF的研究人員設計了一種新型的鋰離子電池，這種電池可以顯示出優良的導電性，在高溫環境中保持穩定，并且制造成本低廉。最重要的是，它為高性能的鋰離子電池提供了一種充電方式，在不損壞的情況下，可以進行數千次的充放電。

 

所有電池在反復充放電之后性能都會失效。高質量的鋰離子電池在電池失效之前，可以充放電300-500次。實驗表明，硫化鎳和硫化銅作為陰極的電池充放電可以達到5000次以上。這種電催化劑比鋰離子電池中的揮發性化合物更安全、更穩定，可以在雨水、極端溫度和其他惡劣條件下發揮作用。此外，如果不需要貴金屬，它可以更便宜的價格生產。

 

 

11、納基電池或許比鋰基電池更具優秀的儲存能力

 

斯坦福大學的研究人員開發出了一種新型鈉基電池，它的儲存能力可以和最先進的鋰離子電池媲美，但成本卻要低得多。

在電池的制造成本中，材料成本大約占四分之一，而鋰開采和提煉的成本大約是每噸1萬5千美元，鈉每噸的成本只有150美元，這也是斯坦福大學研究團隊研究鈉基電池的原因。研究人員認為，他們在自然能源雜志發表的論文證明，以硅為基底的電池可以是鋰電池的成本低廉的替代品。在已經優化了陰極和充電循環過程之后，研究人員計劃將下一步研究的重點放在調整鈉離子電池的陽極上。

 

12、綠色發展，來源于廢石墨的低成本鋰電池

 

鋰離子電池是易燃的，而目前，其原材料正處于價格上漲階段。那么問題來了，當今是否存在著可替代鋰離子電池原料的材料呢？顯然，答案是肯定的：Empa和蘇黎世研究人員已經發現了有希望的方法，或許我們可以使用廢石墨和廢金屬生產來電池。Empa分公司的兩個研究人員有一個雄心勃勃的目標，那就是利用地殼中最常見的元素（如鎂或鋁）來制備電池。

 

通過不斷地探索，研究人員發現，自然界存在的天然石墨如果制成粗糙的薄片，而不是磨得太細或者折疊成非薄片形狀時，也可以有效地發揮作用。這可以極大的降低鋰電池的生產成本，工業化應用后將產生巨大的經濟效益。

 

 

13、敲黑板！硫在可充電鋰電池中占有關鍵地位

 

由于硫價格低并可以為電池提供高充電能力，更高的能量密度，所以在鋰電池中添加硫是一個不錯的選擇，因此鋰硫電池具有更多的能量。

 

研究人員說：“我們可以使用這種混合有機硫化物或有機聚硫化物界面，使鋰硫電池將傳統直流電池的能量密度加倍。”研究人員在“自然通訊”雜志上報道了有機硫化合物在相間層中起增塑劑的作用，并提高了界面的機械柔韌性和韌性。相間層允許鋰離子沉積而不生長樹枝狀晶體。實驗表明，在400次充電放電周期中，庫侖效率約為99％。后來，研究人員使用含硫聚合物添加劑的醚基電解質來研發電池。其中電池使用含硫的碳陰極和鋰陽極。電解液中的有機硫自身形成相間層。研究人員稱，他們最終研發出保持良好容量，長達1000個鋰循環壽命的鋰硫電池。

 

 

14、新型二維金屬有機雜化物可有效地移動電荷實現存儲可再生能源

 

科學家們一直在尋找一種能夠引發一場可再生能源收集和儲存革命的新一代材料。根據南加州大學科學家的說法，事實證明，金屬—有機框架其實可以用與金屬相同的方式來導電。

 

這一發現將開啟金屬——有機框架研究的大門，相信未來可以在一個非常大的規模上有效解決可再生能源的存儲問題。在實驗中，研究人員使用鈷基金屬——有機骨架，模擬了不同溫度下金屬和半導體的電導率。由科學家設計的金屬——有機骨架在非常低和非常高的溫度下均表現出了最大的導電性。南加州大學文理學院的化學助理教授SmarandaMarinescu說：“當金屬電導率與其他催化性能結合在一起時，其被應用在可再生能源生產和儲存領域的潛力更大。

 

 

15、科學家從肌肉組織獲得靈感研發出新型電池

 

基于日益增長的環境壓力，全世界正努力開發低成本、高效和可持續的能源儲存系統。而可充電電池是各種方式中最合適的選擇，但現有的基于鋰離子技術的能源系統有著很嚴重的限制。他們可以存儲在給定的體積中的能量往往不能達到最優，并且還包含有其他技術問題，如低導電性。這些傳統電池不再是滿足小型電子設備需求的理想選擇。

 

來自中國的徐和他的同事在他們創造的“肌肉結構”電池電極中靈感的來源。其中，載有碲元素的微小碳球代替了肌肉細胞。而導電的碳納米管被排列成毛細血管的結構。納米管傳輸電子和離子——電子電路中的“血液”——而碳--碲“電池”則提供了一種緊湊的結構，用于儲存電能。在對其所有復雜的技術數據進行評估時，研究人員將他們創造的電極組件的總體性能概括為“優秀”。因為其能夠實現一種高能量存儲容量，即能夠實現500個充電和放電的循環過程。

 

 

16、新發現，低成本硫電池可能有助于可再生能源的儲存!

 

一組麻省理工學院的科學家開發了一種由幾種現成的材料硫磺、空氣、水和鹽組成的電池，成本比目前市場上的電池成本便宜近100倍,并且可以儲存相當于鉛酸電池兩倍的能量。

 

Chiang教授和他的同事們對硫的潛力特別感興趣，硫是一種豐富的非金屬，是天然氣使用的產物——作為一種輕型和廉價的蓄電池的核心部件。Chiang教授說：“我們正在尋找一種成本非常低的材料做電池的正極，我們可以用硫作為負電極。通過一次偶然的實驗發現，我們發現氧氣可能可以作為這種征集所需材料，因此選用空氣作為電池的正極。我們發現鈉可以作為一個電荷載體在硫和空氣電極之間來回移動。這種電池的總化學成本約為1美元/千瓦時。”研究人員計劃繼續努力使可再生能源存儲電池更有效率，同時降低電池結構的成本，并延長電池使用壽命。

 

 

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