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工程21(2023)1社论先进电池、太阳能电池和燃料电池:材料和技术创新将为未来提供涂海玲a、b、彭素萍ca有色金属研究总院,北京100088b吉林大学智能传感新材料重点实验室有限公司、邮编:100088c中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室固体氧化物燃料电池研究中心北京100083到目前为止,21世纪见证了中国可再生能源容量的稳步增长,特别是近年来,在该国努力实现二氧化碳排放峰值和碳中和的过程中。以中国为例,截至2022年6月底,中国累计太阳能装机已升至336吉瓦左右。然而,实现全球净零排放是一个关键而艰巨的目标[1],能源结构转型仍然是人类在未来几十年将面临的前所未有的挑战之一。目前,能源转换和储存技术的发展处于面向可持续低碳世界的工程应用的最前沿。为了实现清洁、廉价和丰富的能源供应,我们必须不断创新和开发能够实现更高充电容量、比能量和效率的卓越能量转换和存储技术。先进电池、太阳能电池和燃料电池(FC)是能源领域最令人兴奋的创新领域,具有多样化的新结构、新材料和新技术。尽管许多科学和技术突破即将出现,但这些电池和电池技术的广泛使用仍有待解决许多基本和工程挑战,包括安全性、成本、制造、性能和耐久性。在这一期中,我们介绍了来自世界领先的教授,工程师和企业家的九篇文章,他们分享了他们对先进电池,太阳能电池和FC的想法和愿景。大约120年前,当托马斯·爱迪生发明了找到它。”经过50年的奋斗,2019年的诺贝尔化学奖授予了锂离子电池(LIB)的发展,它为信息化、无化石燃料的社会奠定了基础,并有可能彻底改变我们的生活。先进的电池也是可持续能源的一个组成部分,因为它们可以根据需要有效地存储和释放间歇性可再生能源。然而,这远远不是故事的结局。锂离子电池技术的快速发展和市场的不断扩大,给电池安全带来了巨大的压力。在他们的文章中,LiquanChen等人-中国锂离子电池的先驱-评论当前提高锂离子电池安全性的策略,以及设计在材料、设备和系统层面上具有本质安全性的电池的新机会。此外,现在是LIB研究人员考虑第二生命LIB及其梯队利用的正确时机[2]。使用固态电解质(SSE)的固态电池(SSB)由于其固有的安全性和高能量密度而引起了相当大的兴趣并且被认为是下一代二次电池技术。在这个问题上,孙学良等。介绍了SSEs的最新进展,回顾了相关的界面问题,并提出了未来研究的几个方面,以进一步改善SSEs。 除了传统的LIB之外,基于多电子反应机制的先进电池系统可能是满足对高比能量二次电池不断增长的需求的最有效解决方案。凤舞等人--他们也是中国先进电池的先驱-报告新型多电子电池系统的关键技术,实施策略和未来发展。最近对镁二次电池的研究揭示了一种很有前途的策略,即提高能量密度,以便从单价电池过渡到多价电池,并且几个研究小组在该领域https://doi.org/10.1016/j.eng.2022.12.0032095-8099/©2022 THE COMEORS.由爱思唯尔有限公司代表中国工程院和高等教育出版社有限公司出版这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章(http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/)。可在ScienceDirect上获得目录列表工程杂志首页:www.elsevier.com/locate/eng×···H. Tu和S.彭工程21(2023)1[3,4]。这一发展趋势和钠离子电池(SIB)的巨大机会现在是热门话题。SIB自然是锂电池技术的替代方法,特别是在锂资源短缺和锂变得极其昂贵的时候。此外,根据当代安培技术有限公司(CATL)首席技术官(CTO)欧阳楚英及其同事的说法,SIB比LIB具有更长的使用寿命和更高的能量密度,可以为未来的汽车智能概念提供更多的空间。目前,大规模储能已成为可再生能源推广应用的主要瓶颈。在中国已经开发了十年的Vanessa液流电池非常适合电网储能,并受到了广泛的关注。在该领域拥有多年经验的李先锋和同事们从能量密度、成本、安全性、和环境问题。降低液流电池的成本是正确的发展方向,广泛需要储能的全面技术突破。值得注意的是,最近已经提出了用于低成本能量存储装置的铁液流电池[5,6]。太阳能发电在实现碳中和目标方面发挥着关键作用,全球太阳能光伏(PV)新增装机容量以约40%的复合年增长率增长,远远超过天然气和风能等其他清洁能源。光伏行业的强劲增长势头来自于技术进步和大规模应用导致的平准化电力成本(LCOE)的快速下降。全球大型光伏电站发电的最低价格已降至1.04 10-2 USD(kW h)-1,中国政府在2021年宣布光伏发电将在20-30年内成为最大的电源,约占总发电量的40%。隆基股份首席执行官、成功企业家李振国在文章中概述了推动光伏产业扩张的技术进步,预测了未来高效光伏电池的发展,并强调了光伏企业密集参与的可行路线在能源结构转型中。在许多方面,钙钛矿太阳能电池(PSC)是革命性的太阳能光伏发电(PSCs)是光伏工程师们的首选能源,由于其低成本、高效率、应用范围广等潜在优势,PSCs越来越受到光伏产业界的关注在这一领域的世界领先科学家黄伟令人鼓舞的是,各种太阳能电池每年都取得了很大FC是高效且清洁的装置,其以电化学方式将燃料(诸如氢气、天然气、甲醇、乙醇和烃)的化学能转化为电力,具有高效率和相对低的温室气体排放。它们可以为多个行业的应用提供电力,包括交通运输、工业/商业建筑和城市系统。在当前的FC技术中,成本、催化剂、性能和耐久性问题仍然是主要挑战。在此,彭苏平介绍了国内外质子交换膜燃料电池(PEMFC)和固体氧化物燃料电池(SOFC)的发展现状,并报告了我国在该领域存在的问题总结了质子交换膜燃料电池和固体氧化物燃料电池供应链管理的重点任务重要的是,Suping Peng提高燃料电池的质量是全世界燃料电池工程师的共同目标;麻省理工学院(MIT)材料研究中心的一个研究小组通过用氧化锂涂覆燃料/电解电池阴极来显着增加SOFC的寿命,这改变了表面的相对酸度[7]。最后,Kevin Kendall et al.概述了使用氢燃料电池替代重型车辆内燃机的机会和挑战性问题,并预测到2030年,氢燃料电池电动汽车将在全球范围内激增事实上,中国北方的唐山海港经济开发区已经引进了一批氢动力重型卡车,以优化产业结构。还值得注意的是,微生物FC近年来吸引了许多科学家的注意,因为它们可以通过微生物微生物的代谢[8]。全球实现净零碳排放的目标对能源转换和储存技术提出了更高的要求。我们相信,这些与该领域新兴和颠覆性技术相关的评论文章可以为先进电池、太阳能电池和燃料电池领域的读者提供前瞻性见解,并鼓励更多科学家和研究人员为塑造新能源的未来做出贡献,创造一个更绿色和更可持续的世界。引用[1] 国际能源机构。《2021年世界能源展望》(World Energy Outlook 2021)次报告.巴黎:国际能源署;2021年。[2] FanE,Li L,Wang Z,Lin J,Huang Y,Yao Y,et al. 锂离子电池的可持续回收技术及其他:挑战和未来前景。Chem Rev2020;120(14):7020-63。[3] DongH,Tutusaus O,Liang YL,Zhang Y,Lebens-Higgins Z,Yang WL,etal. 通过非均相烯醇化氧化还原化学和弱配位电解质实现的高功率镁电池。NatEnergy2020;5(12):1043-50。[4] 李丹,袁燕,刘杰,费希特纳,潘芳。镁二次电池负极材料的研究现状。J Magn Alloy2020;8(4):963-79.[5] 杨明,徐忠,向伟,徐宏,丁明,李丽,等。溴化锌络合法制备高性能长循环寿命中性锌-铁液流电池。储能材料2022;44:433-40.[6] GongK,Ma X,Conforti KM,Kuttler KJ,Grunewald JB,Yeager KL,et al.锌-铁氧化还原液流电池的系统资本成本低于100美元每千瓦时。能源环境科学2015;8(10):2941-5。[7] [10] SeoHG,Staerz A,Kim DS,Klotz D,Nicollet C,Xu M,et al. 混合导电固体氧化物燃料电池电极中氧化铬中毒的氧交换动力学通过氧化锂的连续渗透的再活化。能源环境科学2022;15(10):4038-47。[8] Cao B,Zhao Z,Peng L,Shiu HY,Ding M,Song F,et al. Silver nanoparticlesboostcharge-extraction efficiency in Shewanella microbial fuel cells. 科 学2021;373(6561):1336-40。2
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