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中心简介

近年来,我国在能源领域取得重大技术突破,在一些重要技术已处于国际领先水平。基于各主要应用领域的发展状态、自身技术优势等因素的考虑,能源协同创新中心:重点关注电池及储能材料领域,如锂离子电池,氢燃料电池,柔性太阳能电池,相变储能材料及清洁能源材料等。共建单位包括:北京大学、北京工业大学、河北建材公司、北京开元科创公司等。

科研团队
姓名
学历/职称专业
邹德春教授从事柔性可编织纤维状太阳能电池的研制及其应用产品的开发、光电功能材料的分子设计、发光器件制备等方面的研究
翟茂林教授从事特种性能高分子凝胶、微球及膜材料的辐射合成及应用等领域研究
邹如强研究员从事新型多孔骨架材料、相变储能、锂离子电池、燃料电池、气体吸附分离、二氧化碳捕获、水合物、中子散射技术应用等方面的研究
王敦伟教授从事材料科学、电化学、能源存储等领域的研究
主要项目及成果

1、高性能纤维光伏电池及储能单元应用研究     

       为满足个人对随身光电子功能的需求,将柔性光电子功能单元与随身物品相结合,或随身直接佩戴已成为电子产品发展重要的趋势。“电子织物”、“智能可穿戴设备”等创新型科研成果不断涌现,以手环式投影终端、手环式WiFi、谷歌眼镜、智能手环、智能手表为代表的部分产品已经面世。能够及时、连续、稳定地提供足够电能的能量转换器件与存储单元是这类产品的极其重要的组成部分,也是尚未得到真正解决的关键技术难题之一。拥有较小的体积和重量以满足电子织物的美感和舒适感,同时支持电子织物的柔性功能是对这类供能单元的最基本要求。传统平板电池及柔性薄膜电池都很难实现这一要求,而基于纤维基底的太阳能电池和电能存储器件则能够满足这样的需求,有望成为便携的能源体系,具备产业化的潜力。本项目拟利用已积累的纤维光伏电池技术和设备,系统地开展光伏/储能纤维的应用研究和产业化技术开发,实现高效能源纤维的规模化制备和功能化集成。

       本项目拟在本团队已有研究基础上,深入开展新型便携式光伏纤维和储能纤维的应用研究和产业化技术开发;重点攻关柔性能源纤维单元的高性能化和模块化技术,争取在新型可编织结构设计和生产系统技术开发方面取得突破;开发出具有自主知识产权的,可与以手环式投影终端、手环式WiFi、谷歌眼镜、智能手环、智能手表、智能帽子、微型直升机等特殊应用产品进行电源配套的光伏/储能原理型器件。

       本项目拟制备长度超过30 厘米的原型初代演示产品;开发出新型纤维光伏电池加工制备技术的初步系统方案和储能集成方案;建立示范性小型生产线的系统原型;制订出产品生产的初步企业标准。

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2、功能化相变储能材料制造技术

       相变储能材料是利用材料在发生相变时的吸热或放热过程来储存或释放能量的。材料具有能量密度高,所用装置简单、体积小、设计灵活、使用方便和易于管理的特点。在相变储能过程中能保持周围环境温度近似恒温,达到控制体系或空间温度的目的。因此,相变储能材料具有明朗的实际发展前景,已成为近年来国内外在能源利用和材料科学方面研究和应用十分热门的对象。在建筑节能、纺织品、太阳能利用、工业余热回收等领域具有广阔的应用前景。

       本项目开发的第二代相变储能复合材料,可直接存储热能,维持室内温度于人体舒适范围,减小室内昼夜温度的波动,或是将以前被浪费掉的热量进行回收再利用。所以应用相变储能复合材料将极大地降低能源(电力、化石燃料等)的消耗,降低采暖成本和污染物的排放程度,显著地起到节能减排和环境保护的效果。相变储能复合材料的应用将带来较高的经济效益和社会效益。本项目将在邯郸和其他地区进行示范工程。

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3、全钒液流电池用离子交换膜

       高效储能技术为解决电力供应链(燃料、发电、输电、配电和用电)现有问题、实现电网智能化提供全新的途径。采用大规模高效储能技术,可有效缓解用电供需矛盾、提高电网的安全和稳定性、改善供电质量,并能积极促进可再生能源的利用和发展。钒氧化还原液流电池(vanadium redox flow battery, VRFB)由澳大利亚新南威尔士大学的Skyllas -Kazacos等人发明。

       本项目组采用辐射接枝技术和溶液流延法相结合,在前期研究的基础上通过实验室和中试放大研究,研发一种低成本、高电导率、低钒离子透过各项性能指标满足VRFB要求的离子交换膜,本项目的顺利完成将丰富和发展辐射接枝技术的方法及应用领域,并为高性能离子交换膜材料的制备及应用提供关键理论和技术支撑。

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4、用于制备大面积钙钛矿太阳能电池的成膜工艺技术研究

       光伏发电社会化应用,使太阳能电池成为能源的主要组成部分,但目前仍存在很多问题,如原材料成本高、制备过程能耗大、污染严重等。钙钛矿太阳能电池是最近几年才出现的光伏技术,其效率记录提升的速度十分迅猛。卤化物钙钛矿材料具有原料丰富、成本低廉、光电性质优越、可溶液加工、可低温制备(<150℃)等特点和优势,使得钙钛矿太阳能电池的制造成本有望达到目前晶体硅太阳能电池的1/3-1/5。

       本项目具有成本低、能耗低的优势,而且适宜用于柔性电池;相比于普通的钙钛矿电池具有成品率高、稳定性好、寿命长的优势。本项目生产超稳定钙钛矿太阳能电池工艺的温度在100摄氏度左右,远远低于传统的硅基电池以及其他薄膜电池,导致其生产过程中能源消耗低、环境污染小,同时转换效率可以达到20%。超稳定钙钛矿电池通过改进生产工艺和配方,克服了传统的钙钛矿太阳能电池在空气中不稳定、遇到水汽容易分解的缺点,能够在潮湿的空气中保持稳定的功率输出,使用寿命大大增加。同时钙钛矿成膜质量更好,大大提高了电池的成品率。在大规模生产中,钙钛矿电池制备工艺可与现有大型喷涂设备兼容,有效降低了生产线搭建成本。超稳定钙钛矿材料还可以加工在柔性有机衬底上,制成柔性钙钛矿太阳能电池,极大地拓展了太阳能电池的应用范围。