一种有助于降低地热项目地震风险的新方法

近日，《地球物理研究快报》期刊发表题为《水力压裂模拟过程中的地震矩演化》文章指出，对地震的恐惧是对地热持保留态度的主要原因之一。地热的获取是通过在高压下注入大量的水来实现的。鉴于水力压裂伴随着地下震动，即所谓的“诱发地震活动”，该研究提出了一种在地热开采过程中有助于降低地震风险的方法。

长期以来，通过在高压下注入大量水来打开深层地热储层创建所谓的增强型地热系统（EGS），通常会伴随着诱发地震。一些特别大的地震导致欧洲一些EGS项目的终止或暂停，例如瑞士的巴塞尔和圣加仑的深层地热开采项目。因此，开发新的耦合监测和注入策略以最大程度降低地震风险是安全开发城市地热资源并恢复公众对这种清洁和可再生能源信心的关键。

该研究分析模拟了一系列过去和现在地热项目的地震活动的时空演变和最大观测矩震级的增长。结果表明，研究的大多数增产措施的注入流体体积或水量与累积地震矩之间存在明显的线性关系。对于大多数研究项目，这些观测结果与现有的物理模型非常吻合，还可以预测注入的水量与诱发事件的最大地震矩之间的关系。模拟研究表明，地震活动的演化主要由区域构造控制。在注入过程中，压力控制的破裂可能变得不稳定，最大预期震级仅受构造断层的大小和断层连通性的限制。使用注入的流体对地震矩演化进行实时的监测，可以帮助在注入的早期阶段识别应力控制的响应。（王立伟）

新工具显示大规模存储可再生能源的前进方向

近日，《自然》刊发文章《原位核磁共振测量揭示了氧化还原液流电池的反应机理》称，剑桥大学研究人员开发的新工具将帮助科学家设计出更高效、更安全的电池系统，用于电网规模的储能。另外，该工具还可以应用于其他类型的电池和电化学电池，以解开在这些系统中发生的复杂反应机理，并检测和诊断电池故障。这些成果将有助于制定延长电池寿命的策略实施，并帮助社会向零碳未来过渡。

在从化石燃料转向能源的过程中，电池是至关重要的一部分。锂离子电池虽然适用于消费类电子产品，但要将其扩展到储存能量足够供整个城市使用的规模并不容易。此外，锂电池中的易燃材料也存在安全隐患。氧化还原液流电池是解决这一技术难题的一种可能的方法。目前，虽然有几家公司正在开发用于商业应用的氧化还原液流电池，但其中大多数使用钒作为电解液。钒价格昂贵且有毒，所以电池研究人员长期以来一直努力开发一种基于有机材料的氧化还原液流电池，这种材料更便宜且更具可持续性。然而，这种材料分子往往会迅速降解，意味着大多数将其用作电解质的电池不会持续很长时间，因此不适合商业应用。

为了解决这一问题，来自剑桥大学的研究人员带领的团队使用两种研究氧化还原液流电池的原位核磁共振新方法，来观察有机氧化还原流动电池内部，以了解电解质为什么会分解并改善它们的性能。研究人员利用一种功能性的“电池MRI”以及团队开发的方法读取来自有机分子的共振信号，无论是在它们的原始状态，还是在它们降解成其他分子状态。这些液流电池的降解和自放电研究提供了对反应内部潜在机制的深刻见解，例如溶液中不同氧化还原活性物质之间的自由基形成和电子转移。研究人员发现，通过以较低的电压给电池充电，他们能够显著减缓电池的退化速度，延长电池的寿命。

研究人员表示，这种方法在监测各种电化学系统运行时应用前景广泛。使用这种装置，可以检查运行中的有机氧化还原液流电池中电解质的状况，并在必要时进行更换，从而延长了这些电池的寿命。（刘文浩）

相关论文信息：https://www.nature.com/articles/s41586-020-2081-7

新型太阳能电池转化效率达到27.7%

近日，《先进能源材料》杂志刊发文章《高效钙钛矿—硅串联太阳能电池：表面涂层与二维钙钛矿整体掺入的影响》称，澳大利亚国立大学研究人员开发出了一款新型钙钛矿型太阳能电池，可以将27.7%阳光转化为可用能源，创造了太阳能转换效率新纪录，有望大大降低太阳能成本，降低能源费用。

澳大利亚国立大学的一研究小组长期致力于开发“串联太阳能电池”，其中包括将钙钛矿太阳能电池堆叠在硅电池上，或者折叠起来以从阳光中获取更多的能量。此次新研发出的钙钛矿太阳能电池是一种新型电池，它在特殊构造的结构中使用有机和无机材料来增强光吸收。这些结构可以对不同波长的光做出反应，从而更好地利用太阳能。相比之下，传统硅太阳能电池仅由无机材料制成，并且只能吸收红光。测试表明，机械堆叠的钙钛矿—硅串联电池创造了27.7％的新效率纪录，经过改善，将达到30%的转化效率，大大超出目前安装在屋顶上的典型太阳能电池板约为20％的效率。

研究人员称，虽然硅太阳能电池目前在市场上占主导地位，但是硅太阳能电池的效率将在未来五到十年内达到极限。新型的太阳能电池将造就更高效和更具成本效益的太阳能资源前景，意味着太阳能电池板的每个部分都将产生更多的功率。该团队目前正在努力实现更高的效率，并进一步提高新太阳能电池的稳定性。如果这项技术成功商业化，将可以大大降低太阳能成本，并降低能源费用。（刘文浩）

相关论文信息：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.201903553