新技术开发

西门子工业业务领域工业自动化集团最近发布了SitopUPS1600，一款带有以太网接口的直流不问断电源，该设备能够快速、方便地实现参数配置和诊断，并可通过TIA博途工程架构集成到工业以太网中；美国能源部下属的橡树岭国家实验室（ORNL）的科学家设计出了一种能量密度约为普通锂离子电池的4倍的全新全固态锂硫电池，其且成本更低廉。     

复合阴极材料可延长锂离子电池的使用寿命

美国能源部阿尔贡国家实验室与日本托达工业公司开发出的锂离子电池上使用的复合阴极材料正在实现商业化。在结构上成为一体的复合阴极材料采用了新的锂／锰和金属氧化物配方和新的设计方案，因而延长了使用寿命，并提高了锂离子电池的可靠性。     

复合阴极材料可延长锂离子电池的使用寿命

美国能源部阿尔贡国家实验室与日本托达工业公司开发出的锂离子电池上使用的复合阴极材料正在实现商业化。在结构上成为一体的复合阴极材料采用了新的锂／锰和金属氧化物配方和新的设计方案，因而延长了使用寿命，并提高了锂离子电池的可靠性。     

橡树岭国家实验室的科学家揭示了在纳米尺度下锂离子电池的行为

美国的橡树岭国家实验室能源部利用显微镜对高效锂离子电池的功能提出了前所未有的看法。一个研究小组研发了一种称之为电化学应力显微镜（ESM）的新型扫描探针显微镜,用它成功绘制了锂离子在锂电池正极周围运动的影像。用ESM探针对电池的层状正极表面进行了探测。通过测定相应的电化学应力或体积变化,研究小组明确了锂离子在材料内的迁移情况并使之形象化。     

美首次开发出纳米固体电解质

美国橡树岭国家实验室科学家近日表示,他们首次成功地为较高能量密度的锂离子电池开发出高性能纳米结构固体电解质。太阳能和风能具有间断性特点,新研究为利用这些可再生能源给电动汽车电池和储能电池充电奠定了基础。迄今为止,锂离子电池依靠存在于电池正负两极间的液体电解质传导离子。而由于液体电解质易燃,特别是在研发体积更小而储能更高的电池时更是如此,因而人们希望寻找到具有固体电解质的电池,以解决电池安全问题和尺寸限制。     

大规模制备石墨烯材料被证可行

<正>石墨烯是一种比碳纤维更加强韧的材料,具有巨大的商业潜力,但到目前为止,研究人员还只是在一小范围内使用,无法大规模应用。美国能源部橡树岭国家实验室研究人员展示的一种制备方法,可以克服石墨烯商业化规模应用进程中的障碍。据橡树岭国家实验室官网消息,伊万·瓦拉斯欧克领导的研究团队已经制备出2英寸见方的单原子厚度的碳复合材料,能消除石墨烯片状集聚问题,在聚合物中可以用更少的石墨烯材料获得更好的导电     

纳米材料

正美国家实验室开发纳米材料的光谱温度计据报道,美国能源部科学办公室发布消息,能源部橡树岭国家实验室的研究团队发现了一种测量纳米尺度局部温度的新方法。其题为"基于能量增益损耗光谱学利用纳米级电子探针进行温度测量"的论文发表在《物理评论快报》上。这项研究使用新型设备"高能量分辨率单色电子能量增益损失谱扫描透射电子显微镜(HERMES)",采用了可生成高空间分辨率和高光谱细节图像的电子能     

材料内部直接观察到运动原子

正美国能源部田纳西州橡树岭国家实验室的研究人员,第一次直接在大块材料的内部观察到原子的扩散现象。这项研究可被用来对新材料的有效期和特性等,进行史无前例的洞察研究,相关成果发布在最新的《物理评论快报》杂志上。"这是首次直接观察到单个掺杂剂原子在材料内部四处游     

美国研制出新型热塑性塑料ABL

<正>具有加热软化、冷却硬化特性的塑料,统称为热塑性塑料。我们日常生活中使用的大部分塑料属于这个范畴。加热时变软以至流动,冷却变硬,这种过程是可逆的,可以反复进行。近日,美国能源部橡树岭国家实验室的研究人员用来自于植物的木质素取代了abs塑料中的苯乙烯,开发出了一种新的更好的热塑性塑料——ABL(acrylonitrile-butadiene-lignin的首字母缩写)。     

石榴石型固体电解质及其界面问题的研究现状

全固态锂离子电池相较于液态电池而言,其能量密度更高,安全性更好,符合未来锂离子电池的发展方向,而固体电解质是该类型电池的关键组件。其中,石榴石型电解质锂镧锆氧(Li₇La₃Zr₂O₁₂,LLZO)因具有较高的锂离子电导率及与金属锂的良好兼容性,有望成为有机电解液的替代品。本文综述了该类型固体电解质的离子迁移机理,以及不同掺杂位点及掺杂剂类型对结构和电性能的影响,特别介绍了现阶段石榴石型固体电解质的致密化技术及机理,调研了LLZO界面改性方面的进展,对石榴石型固体电解质在锂离子电池中的应用进行展望。     

美国超市将使用CO2制冷系统

美国能源部所属最大的研发实验室--橡树岭国家实验室预计，美国的超级市场会追随欧洲使用CO2制冷技术。橡树岭国家实验室（ORNL）目前正对包括CO2在内的新制冷剂在超市的应用进行一系列的实验。ORNL建筑技术研究和整合中心的Brian Fricke说：“每个超市的制冷系统都使用大量的制冷剂（大约2000～4000磅），每年制冷剂的泄漏量大约是20%。也就是说大量的温室气体排放到大气中。”     

“石榴”电极可让电池容量增10倍

受石榴启发，美国斯坦福大学和美国能源部下属SLAC国家加速器实验室副教授崔毅（音译）和他的研究小组利用硅纳米线和纳米颗粒开发出一种硅纳米颗粒和碳制成的新型电极，成功破解了此前锂离子电池中的硅电极容易破裂的难题。实验测试显示，这种石榴结构的阳极具有优良的性能，用它制造的电池在完成1000次充放电后还有97％的电量，完全能够满足实用要求。相关研究发表在2月17日出版的《自然？纳米技术》杂志上。     

美超级计算机“泰坦”将采用Nvidia芯片

<正>美国科技博客AllThingsD周二报道,美国能源部下属的橡树岭国家实验室将宣布"泰坦"超级计算机研制计划,其主要运算设备将采用Nvidia提供的Tesla芯片。Nvidia的Tesla芯片业务部门CTO史蒂夫.斯科特表示,"泰坦"的计算机运     

用于提高充电锂电池容量及稳定性的新材料

来自美国能源部Argonne国家实验室的科学家们发现了一种提高可充电锂—铁电池的容量以及稳定性的新方法。     

美称发现电极材料损伤真实原因充电导致纳米电极形态变化

美国能源部西北太平洋国家实验室的材料学家最近在Science上发表文章称,高解析度照片显示,锂离子电池中的纳米氧化锡线在通电时会产生扭曲。作为电池阴极材料的氧化锡细线在锂离子流过后会膨胀三分之一,拉长一倍。此外,锂离子将氧化锡从规则排列的晶体转化成为了非晶玻璃材料。     

TiO2＋石墨的纳米结构改善了锂离子电池的性能

据说氧化钛＋石墨的微观结构可大大改善锂离子电池的性能，现在生成这种结构的方法已由美国能源部太平洋西北实验室和普林斯顿大学的研究人员研发成功。新型材料由TiO2晶体和石墨片组成，在高充电／放电率的条件下，储存的电能为普通锂离子电池的两倍。     

美利用电子成像技术分析石墨烯

据报道，美国能源部橡树岭国家实验室的科学家15日表示，利用实验室的电子显微镜获得的前所未有的石墨烯内单独原子的图像，人们有望全面解开该材料的应用潜能，满足从发动机燃烧室到电子消费品的需求。     

廉价高功率的锂硫电池问世 500次充放电后功能无损

正一种工业废品、一点塑料,再加上不太高的温度,或许就是引爆下一个电池革命的导火线。美国国家标准与技术研究所(NIST)、亚利桑那大学和韩国首尔国立大学的研究人员携手,将这些材料混合在一起,研制出了一种廉价、高功率的锂硫电池。研究人员表示,新电池的性能可与目前市场上占主流的电池相媲美,而且,经过500次充放电循环后功能无损。过去数十年来,锂离子电池的能量密度不断提高,广泛应用于智能手机等领域。但锂离子电池需要笨重的阴极(一般由氧化钴等材料制成)来"收纳"锂离子,限制了电池能量密度的进一步提高。这意味着,对诸如     

石榴石型Li7La3Zr2O12固态电解质离子电导率及电极界面问题研究进展

石榴石型Li₇La₃Zr₂O₁₂(LLZO)固态电解质因高安全性且对锂金属稳定成为固态锂电池的关键材料。但是,石榴石型固态电解质离子电导率还有待提高以及固-固界面不良接触导致的界面电阻大等问题使LLZO基固态电池的实际应用受到了限制。从石榴石型LLZO结构角度出发,探讨了锂离子输运机制并综述了提高离子电导率的策略及最新成果。针对固态锂电池无法避免的界面问题,从LLZO固态电解质与同为固态的电极接触方面,总结了优化界面的具体方法。最后,提出了石榴石型固态电解质未来可研究的方向,并促进其在全固态锂电池中的发展和应用。     

固态离子学的新应用

固态离子学是研究固体中快离子输运规律及其应用的科学。它是上世纪70年代发展起来的一门新兴学科, 重点研究具有快离子传导特性的固体电解质材料以及具有离子/电子混合传导特性的电极材料。近年来, 固体离子及混合导电化合物在二次电池、燃料电池、传感器、超级电容器、电色器件、太阳能电池等方面的应用取得了突破性进展, 锂离子电池在各种电子器件中的大规模应用及其新材料体系的发现[1-2]、钠硫电池在大规模储能应用中的领先地位、ZEBRA电池在储能市场上的崛起、固体氧传感器在市场上的稳步发展以及SOFC逐步迈进市场成为固态离子学领域一个个闪光点, 极大地促进了新能源利用、电动汽车开发以及智能电网建设等重大任务的实施, 多领域的科学家和工程技术人员投身到固态离子学的研究中。
　　在众多的新能源技术研究方向中, 高比能量二次电池的研究是当前热点, 也是目前电动汽车开发和智能电网建设公认的瓶颈技术。近几年, 金属电极电池技术的发展使人们对二次电池的未来充满了信心。以金属为负极的二次电池得益于金属电极本身极高的比容量。金属负极主要以碱金属锂、钠和碱土金属镁为代表, 其中锂的重量和体积比容量分别高达3860 mAh/g和2062 mAh/cm3, 远高于目前商业化的碳类负极材料, 成为未来高比能量二次电池的目标。近期, 以金属锂负极活性材料的锂硫电池和锂空气电池的研究在国内外如火如荼, 并不断取得进展。
　　这些电池不仅具有高比能量的特点, 更有价格低廉的绝对优势, 同时也存在尚需改进之处。(1)在锂硫电池方面, 美国Sion Power公司利用PolyPlus公司的锂负极保护膜技术, 有望实现锂硫电池能量密度500 Wh/kg及循环500次的目标[3]。就在近期, 英国Oxis Energy公司报道其研制的200 Wh/kg的锂硫电池预计循环1700~1800次后的容量维持率仍达80%, 该公司计划明年早些时候实现量产[4], 这无疑是对锂硫电池的有力推动。国内有众多研究锂硫电池的机构, 如防化研究院、国防科技大学、北京理工大学、上海硅酸盐研究所、南开大学等均研制了软包装锂硫电池[5]。上海硅酸盐研究所研制的硫电极在2C倍率下循环500次后比容量达到900 mAh/g以上。不过目前看来, 锂硫电池虽然前景良好, 但要在市场上展现其价值尚需开展很多工作。(2)在锂空气电池方面, 针对电解质隔膜、催化剂、载体等核心材料有大量的文献报道, 通过无碳电极设计以及基于LATP锂离子固体电解质的电池设计, 很好地改进了锂空气电池的基本性能[6-8], 但离实际应用还差距甚远, 其电池反应机理方面尚存在争议, 电池技术还没有取得公认的突破。然而, 以锂空气电池为代表的金属空气电池由于其极高的比能量仍是未来电动汽车无法抗拒的追逐目标。
　　金属负极电池的开发在很大程度上取决于固体电解质新体系和新型电极材料的开发, 固态离子学成为高比能量二次电池研究与开发必须掌握的一门重要的科学, 无论是已经获得规模化应用的LiCoO2和LiFePO4等锂离子电池正极材料, Na-β/β″-Al2O3、ZrO2等离子导体, 还是新近突破的Li10GeP2S12和Li7La3Zr2O12[1-2]等锂离子导体新体系, 都为实现锂金属电池新的突破以及锂电池的全固体化、从而从根本上解决锂离子电池的安全性问题奠定了坚实的基础。正因为如此, 锂离子电池的企业界也在大力拓展市场的同时, 不断关注新型二次电池以及固态离子学的进展, 仅以我国两年一届的全国固态离子学学术会议为例, 其规模也从1980年的数十人发展到2012年第16届全国会议的与会代表400余人, 其中近20%代表来自电池与材料企业。可以说, 未来固态离子学将越来越发挥其重要作用, 为新能源技术的发展保驾护航。