作者:甘晓 李丹 来源:中国科学报 发布时间:2016/10/10 9:50:58
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中科院化学所引领能源转换与输运高新技术发展

纳米降凝剂用于原油输运成果获2013 年全球管道奖。

成功研制出新型高比能室温钠—硫电池。

■本报记者 甘晓 通讯员 李丹

进入21世纪以来,能源危机在全世界范围内愈演愈烈。科学家们不仅致力于提高传统化石能源的运输和使用效率,也在孜孜不倦地探索新能源的开发。

“作为化学研究者,我们将一直立足化学学科,努力开发有望化解能源危机的新技术。”中科院化学所相关负责人表示。成立六十年来,该所研究人员在开发高效率太阳能电池、增强原油在运输管道中的流动方面,不断将基础研究成果转化为高新技术,实现了生产实践中的广泛应用,引领了能源转换与输运高技术发展。

基于纳米科学的新突破

在锂离子、太阳能电池新技术开发上,化学所相关领域科研人员基于纳米科学,突破了诸多关键技术问题。

据介绍,万立骏院士、郭玉国研究员等组成的研究团队在基础研究领域长期从事电化学和纳米材料科学的研究,在取得科学原理突破的基础上,致力于能源转化和存储器件的表界面化学、电极材料制备方法学和材料结构性能的研究。

研究人员告诉《中国科学报》记者,在对高效、稳定的高容量、高倍率锂离子电池电极材料开展深入研究后,兼具高容量和高倍率性能的锂离子电池电极材料成功出炉。2010年,这一新材料项目实现了在中关村的成果转化并试点股权激励政策。

记者在实验室中看到,目前,科研人员正致力于纳米碳三维导电网络结构电极材料在高性能锂离子电池中的潜在应用,以进一步提升电池性能。

该团队研究人员还通过纳米技术解决了新材料面临的挑战,开发了大规模制备高性能、微纳复合结构、高容量硅碳复合负极材料的生产工艺技术,设计建成了吨级中试生产线及配套电池生产线,获得了硅碳锂离子电池的整套生产工艺技术,并取得多项专利成果。

太阳能电池走出实验室

在新能源领域,太阳能电池是一颗耀眼的“明星”。化学所组织了一批强有力的科研力量,集中对该领域面临的难题进行了攻关。

来自绿色印刷重点实验室的蒋克健副研究员等围绕染料敏化太阳电池、钙钛矿电池,从原理上提出了单个电池“内串联”,有效提高了染料敏化太阳电池对太阳光谱的充分利用。业内专家认为,这为进一步提高该类太阳电池的光电转换效率提供了新思路。

在钙钛矿电池研究上,研究人员采用电化学等新方法、新工艺制备的器件光电转化率达14.6%。“为推进电池实用化,我们重点开展钙钛矿电池大面积打印技术研究,有望实现打印钙钛矿电池从实验室走向市场。”蒋克健介绍。

近十多年来,李永舫院士团队聚焦聚合物太阳能电池光伏材料和器件方面的研究。研究人员提出了使用共轭侧链拓宽共轭聚合物吸收光谱的分子设计思想,设计和合成了一系列高效二维共轭聚合物给体光伏材料。

据悉,最近,使用这类聚合物为给体的聚合物太阳能电池能量转换效率超过了11%,已经达到了国际领先水平。

解决原油输运难题

当前,化石能源依然是应用最广泛的传统能源之一。

针对我国采用加热工艺输送高含蜡原油面临的环境污染和安全风险,化学所与中石油管道科技中心共同开发了一种新型纳米降凝剂。

据化学所研究员阳明书介绍,他们从纳米材料功能化入手,开发了一种有机无机纳米杂化降凝剂。“在25摄氏度下,添加降凝剂的大庆原油表观黏度下降了90%,凝点下降了16摄氏度。”阳明书说。2010年,化学所实现了这一降凝剂的中试生产。2011年3月,新型纳米降凝剂工业化生产线建成。目前,东北管网“铁秦线”和“任京线”已开始使用该降凝剂,提升了原油管道输运的安全性和经济性。

同时,针对如何提高稠油采收率的问题,王金本研究员团队研制出适用于常规稠油、超稠油和特超稠油的系列功能性两亲高分子体系。据悉,这一新体系在中石化、中石油、中海油、马来西亚国家石油公司和罗马尼亚国家石油公司均进行了室内评价。评价结果一致认为,该体系具有显著的耐温抗盐能力和优异的提高原油采收率性能,技术水平处于世界领先。

毋庸置疑,针对人类社会共同面对的能源问题,灵感将在许多化学研究者脑海中迸发。研究人员们期待,化学上的新进展能为化解能源问题提供新思路、新路径。

《中国科学报》 (2016-10-10 第6版 院所)
 
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2016/10/11 11:32:01 wayingl
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