建材秒知道
登录
建材号 > 能源科技 > 正文

2019年世界前沿科技发展态势及2020年趋势展望——能源篇

激昂的橘子
无聊的火龙果
2023-01-28 04:03:35

2019年世界前沿科技发展态势及2020年趋势展望——能源篇

最佳答案
听话的泥猴桃
欣喜的机器猫
2026-04-12 23:40:50

本文为春节专题文章——“年度 科技 发展态势总结与展望”的第四篇能源篇。

世界能源领域2019年发展态势

全球油气供应安全风险大幅增加。 全球尤其是中东能源地缘政治冲突加剧,大大增加了油气供应的安全风险。4月,美国宣布终止对伊朗石油进口的制裁豁免,重启对伊朗原油出口的限制。7月,英国在直布罗陀海域扣押了伊朗油轮。随后,伊朗在霍尔木兹海峡查扣一艘英国油轮以示报复。9月,沙特阿美旗下的两处重要石油设施遭无人机袭击,原油产量一度锐减570万桶/日,引发了全球油价短期跳涨。此外,卡塔尔退出石油输出国组织“欧佩克”、叙利亚局势震荡也在一定程度上影响全球的油气供应安全。

动力电池梯次利用商业化加速。 德国大众集团推出一款新型移动充电站,其内部电能存储单元由二次回收的电动车动力电池组成,已在德国率先投放使用。日本本田 汽车 公司与美国电力公司(American Electric Power,AEP)展开合作,共同开发一个能够将废旧电动 汽车 电池集成至AEP电网中的新商业模式。中国北汽鹏龙、北汽新能源等企业合伙在河北省黄骅市实施了北汽鹏龙动力电池梯次利用及资源化项目。

世界能源领域2020年趋势展望

全球能源转型趋势愈发明显。 德国将逐渐停止以煤炭作为电力来源,并将可再生能源的发电比重从现在的38%提升至2030年的65%。法国能源部表示,到2030年要将可再生能源在法国能源结构中的比重提高到40%左右。韩国产业通商资源部公布《第三次能源基本计划》草案,提出力争到2040年将可再生能源占比提高到30%-35%,大幅降低煤炭发电比重。波兰公布2040能源政策草案,拟大幅增加核电和可再生能源在能源结构中的比例,以不断降低对煤炭的依赖。

可再生能源市场前景巨大。 国际能源署发布《可再生能源市场分析和2024年预期》报告称,从2019年到2024年,全球可再生能源装机将增加50%。美国能源信息署发布的《2019年度能源展望》报告指出,未来30年,可再生能源发电量(风力、太阳能、水力)将从2018年的5000亿千瓦时增加到2050年的1.5万亿千瓦时。欧洲风能协会发布《我们的能源,我们的未来》报告称,欧盟现在的海上风电装机容量是20吉瓦,到2050年欧盟海上风电装机容量要达到230至450吉瓦,比现有容量增长10倍以上。英国发布的《海上风电产业战略规划》提出,在2030年前将英国海上风电装机容量提高到3000万千瓦,将海上风力发电量提高到总发电量的30%。

先进核技术商业化应用加速。 根据麻省理工学院报告,先进、非常规的核反应堆将在2030年颠覆当前的核能行业。美国首座小型反应堆纽斯凯尔小堆将于2020年9月完成核管会的设计认证,并将于2026年下半年投入运行。俄罗斯首座浮动式核电厂“罗蒙诺索夫院士”号将于2020年4月开始全面投运。英国投资两亿英镑建造全球首个商用核聚变发电厂,并拟于2040年实现核聚变能源生产的商业化。加拿大启动核能研究倡议,加速推进小型模块堆的研发应用,并计划于2026年前在乔克河(Chalk River)建成首座小堆。

作者简介

张欢欢,国务院发展研究中心国际技术经济研究所 研究四室 研究助理

研究所简介

国际技术经济研究所(IITE)成立于1985年11月,是隶属于国务院发展研究中心的非营利性研究机构,主要职能是研究我国经济、 科技 社会 发展中的重大政策性、战略性、前瞻性问题,跟踪和分析世界 科技 、经济发展态势,为中央和有关部委提供决策咨询服务。“全球技术地图”为国际技术经济研究所官方微信账号,致力于向公众传递前沿技术资讯和 科技 创新洞见。

地址:北京市海淀区小南庄20号楼A座

电话:010-82635522

微信:iite_er

最新回答
笨笨的鸡翅
殷勤的大侠
2026-04-12 23:40:50

非化石能源发电装机容量突破了11亿千瓦,为新能源的发展创造了巨大的机遇。随着全球气候变暖、可再生能源的匮乏、世界能源的巨大消耗以及环境污染等因素的影响,新能源的开发成为了一个热点。而新能源由于其清洁、可持续的特点,已逐渐成为替代传统化石能源和缓解气候变暖的极具前景的替代能源。非化石能源发电装机,是人类社会和经济可持续发展新能源的重要技术,其发展前景十分广阔。随着可再生能源技术的不断发展,非化石能源发电装机容量是其中最具挑战性的前沿技术之一。

当今世界,大规模利用可再生能源,实现能源多样化已成为各国能源安全和可持续发展的重要战略。随着经济的增长,能源消费也大幅增长,特别是可再生能源的发展已进入临界点,全球清洁能源投资增量超过传统能源。对可再生能源的大规模开发和提高非化石能源的利用效率,已成为能源行业发展的当务之急。结合我国能源工业的发展现状,利用可再生能源发电已成为国际社会普遍关注的问题。

以海洋能源为例,研究表明,海洋可再生能源可利用的能源约为70亿千瓦,是目前全球发电能力的几十倍。经过多年的发展,海水利用技术日趋成熟,其应用领域和范围不断扩大,呈现出大规模加速发展的趋势。作为全球能源转型的前进方向,可再生能源的发展为世界能源开发利用注入了新的动力。开发利用可再生能源是世界各国解决未来能源安全的重要战略途径。

目前,我国已在可再生能源和清洁能源中大力发展水利发电、风力发电、太阳能发电、核电等能源。可再生能源发展进入全面、快速、规模化发展的新阶段,已成为我国电力建设的重要内容。

顺心的小熊猫
娇气的爆米花
2026-04-12 23:40:50

未来能源技术发展的主要方向是经济、高效、清洁利用和新型能源开发。第四代核能系统、先进核燃料循环以及聚变能等技术的开发越来越受到关注;氢作为可从多种途径获取的理想能源载体,将为能源的清洁利用带来新的变革;具有清洁、灵活特征的燃料电池动力和分布式供能系统,将为终端能源利用提供新的重要形式。重点研究规模化的氢能利用和分布式供能系统,先进核能及核燃料循环技术,开发高效、清洁和二氧化碳近零排放的化石能源开发利用技术,低成本、高效率的可再生能源新技术。

先进能源技术之前沿: 以参加国际热核聚变实验反应堆的建设和研究为契机,重点研究大型超导磁体技术、微波加热和驱动技术、中性束注入加热技术、包层技术、氚的大规模实时分离提纯技术、偏滤器技术、数值模拟、等离子体控制和诊断技术、示范堆所需关键材料技术,以及深化高温等离子体物理研究和某些以能源为目标的非托克马克途径的探索研究。

繁荣的银耳汤
羞涩的蚂蚁
2026-04-12 23:40:50
1。载人航天:

载人航天是指人类驾驶和乘坐载人航天器在太空从事各种探测、试验、研究、军事和生产的往返飞行活动。载人航天的目的在于突破地球大气的屏障和克服地球引力,把人类的活动范围从陆地、海洋和大气层扩展到太空,更广泛和深入地认识地球及其周围的环境,更好地认知整个宇宙;充分利用太空和载人航天器的特殊环境从事各种试验和研究活动,开发太空及其丰富的资源。载人航天器由载人航天系统实施,载人航天系统由载人航天器、运载器、航天器发射场和回设施、航天测控网等组成,有时还包括其它地面保障系统,如地面模拟设备和航天员训练设施。

根据飞行和工作方式的不同,载人航天器可分为载人飞船、太空船和航天飞机三类。载人飞船按乘员多少,又可分为单人式飞船和多人式飞船。按运行范围,可分为卫星式载人飞船和太空站进行载人航天活动,又是一种重复使用的运载器。

载人航天技术是人类航天史上的重大突破。

http://baike.baidu.com/view/48634.htm?fr=ala0_1

2。蓝光技术:

蓝光(Blu-ray)或称蓝光盘(Blu-ray Disc,缩写为BD)利用波长较短(405nm)的蓝色激光读取和写入数据,并因此而得名。而传统DVD需要光头发出红色激光(波长为650nm)来读取或写入数据,通常来说波长越短的激光,能够在单位面积上记录或读取更多的信息。因此,蓝光极大地提高了光盘的存储容量,对于光存储产品来说,蓝光提供了一个跳跃式发展的机会。

EVD(Enhanced Versatile Disk)意为增强型多媒体盘片系统,俗称“新一代高密度数字激光视盘系统”,“EVD”是中国人拥有自主知识产权的数字光盘系统,也是中国数字光盘领域的国家标准。EVD系统的技术规范已经提交国际电工组织和国际标准化组织,有望成为国际标准。

目前为止,蓝光是最先进的大容量光碟格式,BD激光技术的巨大进步,使你能够在一张单碟上存储25GB的文档文件。这是现有(单碟)DVDs 的5倍。在速度上,蓝光允许1到2倍或者说每秒 4.5~9MB 的记录速度。

蓝光光碟拥有一个异常坚固的层面,可以保护光碟里面重要的记录层。飞利浦的蓝光光盘采用高级真空连结技术,形成了厚度统一的100μm(1μm=1/1000mm)的安全层。飞利浦蓝光光碟可以经受住频繁的使用、指纹、抓痕和污垢,以此保证蓝光产品的存储质量数据安全。

http://baike.baidu.com/view/74247.htm

无语的雨
野性的店员
2026-04-12 23:40:50
1、 【定义】 是指高技术领域中具有前瞻性、先导性和探索性的重大技术,是未来高技术更新换代和新兴产业发展的重要基础,是国家高技术创新能力的综合体现。 2、 【选择前沿技术的主要原则】 一是代表世界高技术前沿的发展方向。二是对国家未来新兴产业的形成和发展具有引领作用。三是有利于产业技术的更新换代,实现跨越发展。四是具备较好的人才队伍和研究开发基础。根据以上原则,要超前部署一批前沿技术,发挥科技引领未来发展的先导作用,提高我国高技术的研究开发能力和产业的国际竞争力。 3、【前沿技术之生物技术】 生物技术和生命科学将成为21世纪引发新科技革命的重要推动力量,基因组学和蛋白质组学研究正在引领生物技术向系统化研究方向发展。基因组序列测定与基因结构分析已转向功能基因组研究以及功能基因的发现和应用;药物及动植物品种的分子定向设计与构建已成为种质和药物研究的重要方向;生物芯片、干细胞和组织工程等前沿技术研究与应用,孕育着诊断、治疗及再生医学的重大突破。必须在功能基因组、蛋白质组、干细胞与治疗性克隆、组织工程、生物催化与转化技术等方面取得关键性突破。 4、【前沿技术之信息技术】 信息技术将继续向高性能、低成本、普适计算和智能化等主要方向发展,寻求新的计算与处理方式和物理实现是未来信息技术领域面临的重大挑战。纳米科技、生物技术与认知科学等多学科的交叉融合,将促进基于生物特征的、以图像和自然语言理解为基础的“以人为中心”的信息技术发展,推动多领域的创新。重点研究低成本的自组织网络,个性化的智能机器人和人机交互系统、高柔性免受攻击的数据网络和先进的信息安全系统。 信息技术之前沿: (1)智能感知技术 重点研究基于生物特征、以自然语言和动态图像的理解为基础的“以人为中心”的智能信息处理和控制技术,中文信息处理;研究生物特征识别、智能交通等相关领域的系统技术。 (2)自组织网络技术 重点研究自组织移动网、自组织计算网、自组织存储网、自组织传感器网等技术,低成本的实时信息处理系统、多传感信息融合技术、个性化人机交互界面技术,以及高柔性免受攻击的数据网络和先进的信息安全系统;研究自组织智能系统和个人智能系统。 (3)虚拟现实技术 重点研究电子学、心理学、控制学、计算机图形学、数据库设计、实时分布系统和多媒体技术等多学科融合的技术,研究医学、娱乐、艺术与教育、军事及工业制造管理等多个相关领域的虚拟现实技术和系统。 5、【前沿技术之新材料技术】 新材料技术将向材料的结构功能复合化、功能材料智能化、材料与器件集成化、制备和使用过程绿色化发展。突破现代材料设计、评价、表征与先进制备加工技术,在纳米科学研究的基础上发展纳米材料与器件,开发超导材料、智能材料、能源材料等特种功能材料,开发超级结构材料、新一代光电信息材料等新材料。 6、【前沿技术之先进制造技术】 先进制造技术将向信息化、极限化和绿色化的方向发展,成为未来制造业赖以生存的基础和可持续发展的关键。重点突破极端制造、系统集成和协同技术、智能制造与应用技术、成套装备与系统的设计验证技术、基于高可靠性的大型复杂系统和装备的系统设计技术。 7、【前沿技术之先进能源技术】 未来能源技术发展的主要方向是经济、高效、清洁利用和新型能源开发。第四代核能系统、先进核燃料循环以及聚变能等技术的开发越来越受到关注;氢作为可从多种途径获取的理想能源载体,将为能源的清洁利用带来新的变革;具有清洁、灵活特征的燃料电池动力和分布式供能系统,将为终端能源利用提供新的重要形式。重点研究规模化的氢能利用和分布式供能系统,先进核能及核燃料循环技术,开发高效、清洁和二氧化碳近零排放的化石能源开发利用技术,低成本、高效率的可再生能源新技术。 8、【前沿技术之海洋技术】 重视发展多功能、多参数和作业长期化的海洋综合开发技术,以提高深海作业的综合技术能力。重点研究开发天然气水合物勘探开发技术、大洋金属矿产资源海底集输技术、现场高效提取技术和大型海洋工程技术。 9、【前沿技术之激光技术】 10、【前沿技术之空天技术】

暴躁的钢笔
深情的寒风
2026-04-12 23:40:50

对可再生能源和可持续解决方案的需求已成为全世界的优先事项。大学正在投资于教学、培训和装备下一代工程专家,他们希望为更绿色、更可持续的未来工作。如果您正在考虑获得工程学位并有兴趣进入可再生能源工程领域,那么中东是一个有吸引力的学习目的地。

 以下是您应该考虑在沙特阿拉伯学习可再生能源工程的四个原因。

沙特阿拉伯旨在成为中东可再生能源工程的先驱

沙特阿拉伯和邻近的海湾合作委员会国家正在迅速转向可再生能源,并在该领域进行了大量投资。到 2030 年,沙特阿拉伯计划通过减少对石油的依赖并转向更清洁、更环保的能源,使 50% 的能源来自可再生能源。事实上,沙特政府制定了一个名为“沙特愿景 2030”的创新战略框架,旨在将该国定位为国际投资、可再生能源和高科技产业的全球枢纽。

大力投资建设旨在刺激和促进创新和增长的革命性基础设施,为包括工程在内的各个行业的毕业生提供了令人兴奋的机会。一项突出的发展是位于沙特阿拉伯西北部的 NEOM 未来城市项目,该项目将以可再生能源为动力,成为尖端科学技术研究和应用的国际中心。

专攻相关可再生能源工程问题

可再生能源的运作方式已经变得高度专业化。能源公司现在不得不寻找新的可再生能源替代品并改变其运营方式,同时大力投资于该领域的研发。攻读相关工程学位可以让你探索近年来发展迅速的新学科领域,从而在就业市场上获得显着优势。

在 2021 年 QS 阿拉伯地区大学排名中,有 21 所沙特大学进入前 100 名,这表明该国正在成为强大的高等教育中心,尤其是在 STEM 学科方面。该 哈伊勒大学 ,位于北部的沙特阿拉伯是该国唯一的大学提供学士学位,在可再生能源工程,让学生有机会深入了解可再生能源工程的最关键的领域。

到 2030 年,可再生能源市场预计将创造近 8,000 个新的毕业生就业机会

可再生能源公司正在成为能源市场的重要参与者,也正在成为能源工程专业毕业生的主要雇主。从研发到地方和国家政府政策,从财务到项目管理,为了满足不断增长的能源工程需求,该行业的招聘人员和雇主都在寻找能够提供相关技能、知识和技能的候选人。专业知识。

追求有积极影响的职业

随着中东计划到 2025 年将其风能和太阳能可再生能源产能扩大 18 倍,哈伊尔大学已经认识到培养下一代可再生能源工程专家的重要性,这些专家具备在此类领域工作所需的知识和技能。一个快速发展的动态领域。随着化石燃料预计在未来 40-50 年内耗尽的前景越来越大,能源公司不得不涉足可再生能源,如风能和太阳能。

可再生能源工程师的职业将使您处于这一重要领域的最前沿,在那里您会发现自己与其他工程师和科学家合作开发高效、实用的能源系统,以可持续、高效和有效地利用能源。

无辜的乌龟
轻松的过客
2026-04-12 23:40:50

作为重要智库成果发布平台,10月22日上午,2020浦江创新论坛联合中国科学技术发展战略研究院、 科技 部新一代人工智能发展研究中心、中国科学技术信息研究所、上海市科学学研究所、施普林格·自然集团、同济大学、上汽集团等多家机构发布了《中国新一代人工智能发展报告2020》、《全球前沿技术发展趋势报告》、《2020“理想之城”——面向2035年的全球 科技 创新城市调查报告》和《氢能源未来发展趋势及研发应用》等一系列智库研究成果。

同济大学与上汽集团合作研究形成的《氢能源未来发展趋势及研发应用》,展望了氢能在未来能源结构中的地位,详细讲解了中国氢能发展现状和未来,还为我们展示了一批中国氢能研发应用成果。一起来看

01 氢能在未来能源结构中的地位

根据报告研究,在气候变化对全球减碳提出迫切需求、可再生能源引导全球能源变革的背景下,可再生能源与氢能将助力深度脱碳,在当前政策下,如果可再生能源能够加速普及,在2050年全球或可实现90%以上的与能源相关的二氧化碳减排;而根据国际氢能委员会2050年氢能愿景,氢能在终端能源需求所占比例将达到18%,欧洲氢能路线图2050年氢能愿景中这一比例则达到了24%。

02 中国氢能发展现状和未来

我国是世界第一产氢大国,具有丰富的氢源基础,能够为燃料电池 汽车 的发展提供保障;同时由于我国正处于能源转型关键期,对减碳也作出了庄严承诺:将于2030年左右使二氧化碳排放达到峰值并争取尽早实现,2030年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降60%-65%,非化石能源占一次能源消费比重达到20%左右;采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。

因此,目前我国出台了一系列对氢能发展的政策,地方政府也陆续发布发展规划。当下,我国燃料电池 汽车 总保有量超过7000辆,疫情和政策变动对今年产销影响较大,城市群示范开启后,产销会出现快速增长;根据研究报告,燃料电池商用 汽车 是重要发展方向,拥有潜力巨大的市场。而在加氢站建设方面,我国也已建成超过90座加氢站。同时,在在氢能和燃料电池产业链上,我们也要清醒得认识到国内与国外的一些差距。

根据中国氢能联盟对氢能产业的愿景,2019年我国氢能源比例为2.7%,近期目标是于2020年-2025年提升至4%,中期目标是在2026年-2035年升至5.9%,远期目标是在2036年-2050年将其提升至10%。

那么,现在就能用上氢能源么?

小科带你看

03 中国氢能研发应用成果

和谐的老虎
冷傲的过客
2026-04-12 23:40:50

“该工作凸显了界面工程在全陶瓷电化学器件中的关键作用, 可帮助质子陶瓷电化学电池快速进军可持续能源基础领域 ,例如在受间歇性太阳能和风能发电影响的电网中,利用季节性储能的核热和电力驱动进行化学燃料生产,以及二氧化碳的捕获和利用。”对于自己近期发表在 Nature 的论文,美国爱达荷国家实验室吴巍博士表示。

对于该成果的应用前景,他说:“就改良后的电化学电池而言,高性能 PCEC(质子导体电池,Protonic ceramic fuel cell)使我们能够将高温电解水制氢的工作温度降低到 350 C。这个过程可以为许多‘清洁和绿色氢气’的应用打开大门。更重要的是, 该技术在与当前几个重要的工业过程(包括氨生产和二氧化碳减排)在相同的温度范围内运行 。匹配这些温度将加快该技术在现有行业中的采用。”

就界面工程技术而言,此次报道的技术可以广泛运用放到固态电化学器件当中,比如全固态锂电池。全固态锂电是前沿的锂电池技术,各个国家都在花大力气研发之中,界面润湿问题是它最主要的瓶颈之一。而酸处理技术可以有效改善全固态电池的界面润湿性能,从而提高其性能和稳定性。

正因为应用性极强,也让他对此次成果的商业孵化充满信心:“ 我们接下去的研究计划是两个方面, 一个是整合现有的一系列制备技术,将电化学器件扩大化、模块化、甚至商业化。另一方面是进一步拓展和深化与其他高校、研究机构在化学品电化学合成以及工业减碳等方向上的合作。”

350 下工作良好,数百小时内几乎没有性能衰减

据介绍,他和合作者在实验中证明, 酸处理电池在 600 C 下每面积产生的氢气比任何以前的电池都要多 150% ,并且在 350 C 下工作良好,在数百小时内几乎没有性能衰减。这种方法可以很容易地扩展和集成,用于大型电池和电池堆的制造。

马里兰州能源创新研究所材料创新中心主任胡良兵教授说,他没有参与这项工作,但其评价称:“作者报告了一种令人惊讶的,简单其极其高效的表面处理方式,以显着改善界面,将电池性能提升到‘卓越’程度。

4 月 20 日,相关论文以《酸蚀刻法活化质子陶瓷膜电池电解质表面》(Revitalizing interface in protonic ceramic cells by acid etch)为题发表在 Nature 上。

据吴巍介绍,可再生能源包括风能、太阳能、潮汐能等,给 社会 提供了越来越多的清洁电力。但这些可再生能源的一大特征是不稳定,随天气波动明显。所以 清洁电能一般首先要进行存储。

利用蓄电池进行电力存储的时间也非常有限,成本也很高。将这些清洁电能生产氢气和其他有机化学品和燃料,是另一种电能存储方式,即电能转化成化学能。

众所周知,氢气是一种绿色燃料,部分原因是当它燃烧时,产物仅仅是水。然而,纯氢没有天然来源。今天我们所用的氢气是绝大部分是通过蒸汽重整碳氢化合物(如天然气)获得的。这个过程需要碳氢原料气体并产生碳副产品,这使得它不太适合可持续生产。

因此,开发更高效的新型电化学电池, 比如固体氧化物燃料电解电池,可以实现低碳,甚至无碳排放的分布式发电和氢气化学品。全世界的科学家也一直在研发主要用于氢气生成的电化学电池。这些电池产生的氢气也可以用作热,车辆,化学生产或其他应用的燃料。

但前提是,科学家必须克服一系列材料和制备上的挑战,包括如何使电池更高效、更稳定、制造成本更低廉。

说到这里,吴巍做了个简短的科普: 电化学电解电池主要有三种类型 。

第一种类型在室温下工作,如质子交换膜电池。它们的主要问题是效率偏低,需要铂金等稀有金属。

第二种类型在 700ºC 以上的高温下运行,比如氧离子导体电池。它们有较高的电解效率,但金属在高温下很容易被氧化或者和其他元素反应形成腐蚀,从而设备需要严格的的密封和绝缘技术。

第三种类型,PCEC 是更具潜力的电化学电池解决方案。正如可充电电池使用化学来储存电力以供以后使用一样,PCEC 可以将多余的电力和水转化为氢气。PCEC 也可以反向运行,将氢气转化为电能。该技术使用称为钙钛矿的晶体材料,这些材料价格低廉,能够在很宽的温度范围内工作。与此同时,PCEC 主要的运行区间在 300 至 600ºC,进一步降低了运行和制造成本。

理论上说,质子导体具有高导电性和低活化能,PCEC 的性能自然会很优越。然而,吴巍和合作者长期观察到它们的表现低于理论模拟的预期。他和美国爱达荷国家实验室的同事们自 2017 年以来一直致力于了解其中的原因。

其表示:”经过抽丝剥茧一样的实验设计和观察, 我们发现质子(带正电的氢原子)在电极/电解质界面上的传输是问题所在 。具体来说,电极和电解质的结合不够理想。随后,我们在电池制备过程中,额外增加了一个简单的酸处理步骤,实现了电极与电解质的紧密结合,从而实现更有效的离子传输。”

经过一系列详细的表征,其发现酸处理增加了电极和电解质之间的接触面积。增加的表面积使得电极和电解质之间更紧密的键合,从而允许质子更有效地传输。此外,电池在某些极端条件下的稳定性也显着提高。

显著提高电池的性能、以及热力学和电化学稳定性

更详细地说, 论文的核心要点在于,质子陶瓷膜电化学电池有望在 350 以下运行。 虽然电解质的高质子导电性已经被证明,但由于未知的原因,它不能充分应用于电化学全电池中。在该研究中,吴巍等人揭示,这些问题起源于高温二次处理的氧电极-电解质界面之间的接触不良。

该研究证明了一种简单的酸处理,可以有效地修复高温二次处理的电解质表面,从而使氧电极和电解质之间产生反应性键合,提高电化学性能和稳定性。

此方法可以实现低至 350  C 的优异的质子陶瓷膜燃料电池性能,并能维持 600  C 时峰值功率密度为 1.6 瓦每平方厘米,450  C 时为 650 毫瓦每平方厘米,350  C 为 300 毫瓦每平方厘米,而在 1.4V 和 600  C 下的稳定电解操作与电流密度则超过 3.9 安培每平方厘米。

据悉, 质子陶瓷膜燃料/电解电池(PCFCs/PCECs)以其高效性和零排放性,有望在中温(300-600 )应用领域实现化学能与电能可逆转换 。

它们的关键成分之一是钙钛矿结构的氧化物电解质,由于较小的活化能,其高质子电导率能够实现比基于氧离子导体的固体氧化物燃料/电解电池(SOFCs/SOECs)更低的温度运行。

然而, 仍存在一些与电解质相关的挑战限制了 PCFC/PCEC 的应用 。首先,尽管烧结体电解质显示出高质子电导率(例如,在 500 时>10mS cm 1),电化学电池中的欧姆电阻大于仅从体离子电导率估计的理论值,且具有“未知的来源”。这种不一致性被认为是由于氧电极和电解质之间的接触不良所致。其次,氧电极-电解质界面在力学性能上较弱,会导致层离和其他形式的损耗,特别是在高电流密度的电解电池循环下。

要知道,质子陶瓷膜燃料/电解电池通常是首先在高温 T1 下烧结氢电极-电解质双层结构,然后在氧电极层上丝网印刷或喷漆,然后在较低的温度 T2 下二次烧结。

然而,质子陶瓷膜电解质难以致密化,该过程需要高温烧结。虽然似乎与 400-600 C 下的全电池性能无关,但吴巍等人认为低真实接触面积和高界面阻抗与低速率质量输运导致的烧结性差具有相同的根源。

事实上,T2 烧结的情况更糟(大约 1000 C):多孔氧电极必须扩散键合到已经充分退火的电解质表面(以单晶基底上的受限烧结为极端类比),T2 也必须足够低,从而避免多孔氧电极的粗糙化并允许气体输运和催化作用。

考虑到以上情况, 该团队提出了一种酸处理方法,在与氧电极结合之前活化修复高温退火电解质表面 。他们证明,这种方法可以完全恢复电化学电池中的理论质子电导率,并显著提高电池的性能以及热力学和电化学稳定性。

吴巍说,该项目从立项到成果发表,离不开所有团队成员的共同配合和付出。这项工作由三个单位合作完成,包括爱达荷国家实验室、麻省理工学院和内布拉斯加大学。团队之间每周都保持着视频会议沟通,遇到问题大家即时分享,讨论和研究对策。

和绝大多数科研工作一样,从观点提出到实现会遇到种种挑战和难题。很多时候,努力也不一定有回报。“我们只能尽自己所学、所能,依靠集体的力量来解决科学难题, 剩下的交给运气。这个工作有一定的成果,我们都很开心,运气这次站在了我们这边。”他说。

-End-

支持:王贝贝

参考:

1、Bian, W., Wu, W., Wang, B. et al. Revitalizing interface in protonic ceramic cells by acid etch. Nature 604, 479–485 (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-022-04457-y

辛勤的奇迹
故意的火
2026-04-12 23:40:50

疑似转型“知识付费”和“ 情感 博主”的知名经济学家任泽平,在先后离职地产公司和券商后,更有“放飞自我”以及“语不惊人死不休”的味道,14日凌晨,任泽平在其微信公众号“泽平宏观”发文放言:当下不投新能源,就像20年前没买房!这是他个人的看法,这是时代的力量,我们每个人不过是时代的产物。

新能源领域是未来大国竞争至高点

任泽平称,2021年中国新能源 汽车 销售突破300万辆,2020年是134万辆,翻倍增长,新能源 汽车 渗透率超过10%。根据S型曲线理论,消费品渗透率从0%到10%可能需要10年、20年,但是超过10%以后,技术进步、消费者习惯、基础设施建设等等日益完善,大家的疑虑开始消退,将会迎来爆发式增长。

新能源 汽车 前景最好的是美国、中国、欧洲。比如说,这次美国总统拜登推出1.8万亿的基建计划,其中很重要就是在新能源领域取得领先地位。英国也出台大规模新能源基建的计划,要求大约2030-2035年禁售燃油车,全部替代新能源 汽车 。新能源领域是未来大国竞争的至高点。

中国在传统车的时代,无论是市场还是技术包括品牌,客观来讲我们和欧洲、美国、甚至日本相比还有巨大差距,但是在新能源 汽车 ,无论是整车还有电池等核心零部件,中国是有可能实现换道超车的。

中国发展新能源具有得天独厚的优势

任泽平在文中指出,中国发展新能源具有诸多得天独厚的优势:

第一个,中国有14亿人,有一个全球最大的统一市场。我们处在一个伟大的国度,一个蓬勃发展的时代。在中国成为第一,基本上就是全球的第一。

还有一个指标是中国的经济规模。2020年中国经济规模GDP突破100万亿,2021年估计突破110万亿,这是什么概念?占全球经济比重的18%!更重要的是,中国的经济增速是美国的2倍,中国是5%左右,美国大约是2%左右,再过10年会超过美国,成为世界上第一大经济体。

第二个,中国有庞大的中产层,这个中产层高达5亿左右,超过美国+日本整个人口规模。按照人均GDP,2021年中国的人均GDP将会接近1.2万美元,1.2万美元什么概念?按照世界银行的标准,发达国家的门槛是人均GDP 1.26万美元,中国离发达国家就差600美元左右,仅一步之遥。

第三个,中国有最完善的产业链。

第四个,中国有进行超前大规模基础设施建设的优势。

中国的互联网、数字经济、新能源为什么发展的快?也跟中国的体制有关。从1G-5G,国家这些年每次都进行了大规模超前基础设施建设,才带来整个互联网经济的快速发展,万物互联的时代正在到来,包括VR、AR还有元宇宙都要有基础设施做背景。新能源有一个基础设施是充电桩,也为大家使用带来巨大的便利。

未来中国,新能源、数字经济最有可能替代房地产

任泽平认为,发展新能源对中国具有特殊重要的战略意义。当前整个世界地缘政治格局正在发生巨大变化,中国能源安全的问题日益凸显。在中国,未来最有可能替代房地产的,是新能源、数字经济产业,而数字经济和新能源也是相互支撑的。建设新基建,打造中国经济新引擎,这已上升到国家战略。新能源是中国最有可能换道超车的赛道,最有可能替代房地产。

具体到数字分析,任泽平指出,2021年房地产销售有17万亿左右,依然是国民经济第一大支柱行业。我们今年新能源车销售300万辆,什么概念?恐怕也达不到1万亿,替代是有一个过程。现在新能源对于经济贡献还不如房地产的十分之一,但是增长速度非常快,以翻倍的速度增长。中国一年乘用车2500万辆,如果未来用10年左右全部替换新能源 汽车 ,整车销售一年就是3-5万亿,加上上下游的正负极材料、三电等,整个新能源 汽车 的产业链将超过10万亿,成为最有希望替代房地产的领域。

全球能源革命有三次,第一次能源革命是蒸汽机的发明带来煤炭火车大规模使用;第二次是内燃机带来 汽车 汽油大规模使用;第三次,即现在这一次,新能源革命是可再生能源革命带来动力电池、新能源 汽车 大规模使用,中国新能源领域有可能复制手机、家电领域的新国潮运动。

也正因此,任泽平强调,20年前买没买房完全是两个命运,今天在新能源爆发的黎明,不投新能源就是20年前没有买房。这是他的一个看法,这是时代的力量,我们每个人都不过是时代的产物。

机构:未来40年新能源具有高增长、高确定性

市场人士表示,新能源其实是一个非常宏大的领域,包括光伏、风电、特高压、氢能源、储能、核电等多个细分赛道,它们也代表着未来能源的发展方向,

有机构指出,未来40年新能源发展具有高增长、高确定性。2021年末到2022年4月,新能源板块出现了逾40%的回撤,一度迎来“至暗时刻”,很多个股的调整幅度都在50%以上,投资价值凸显。目前整个板块仍在用业绩的高增长消化估值,但还没到过热状态。经历了一段时间的调整,新能源板块估值已经触及近几年的底部区间。随着市场企稳,资金开始重新聚焦于高成长性标的,新能源板块仍有进一步上涨的空间。

政策支持无疑是新能源发展的强大动力。5月末,工信部官网发布《四部门关于开展2022新能源 汽车 下乡活动的通知》;6月1日,国家发改委等9部门联合印发《“十四五”可再生能源发展规划》。

具体到个股选择,分析人士建议,新能源细分领域繁杂、技术迭代也很快,投资者在择股中需要紧跟前沿技术,甄选真正有潜力的标的。

二级市场上,新能源板块近期“V”字型走势明显;个股方面,尽管A股今日因受美股暴跌等因素影响大跌,但仍有多只新能源类个股逆市走强。

审读:喻方华

爱听歌的洋葱
诚心的戒指
2026-04-12 23:40:50

如今是科技大爆炸的时代,科学技术的快速更迭带动了生产力的发展,各种高科技发明和创作已经对人类的日常生活产生了巨大的影响。

现在科学家们已经在医疗健康,新能源,人工智能和太空探索等多个前沿领域展开了深入的研究,未来人类的科技会持续发展,并且发展速度将会越来越快。

这些领域在未来将会产生足以改变人类自身命运的重大科研成果。让我们来盘点一下。

DNA重组技术让人类将彻底摆脱疾病的困扰

有证可考的人类历史有几十万年之久,但是至今人类对自身的了解和认知还处于很初级的阶段,从秦始皇求仙丹到民间供奉痘神,乃至欧洲中世纪的放血治疗术,以及今天冠状病毒疫情的隔离防控。人类的发展历就是与各种疾病作斗争的历史。

现代医学经验告诉我们,很多种致命疾病,都跟人类自身的基因染色体组成有关,可以肯定的是,随着人类基因组工程的发展,如果真的能做到对DNA进行优化和改造,那么所有的遗传疾病都将在胚胎开始阶段得到预防,所有恐怖的病毒也将被人体自身免疫系统直接捕杀。可以找出自身有缺陷易致病的基因,并用更加强壮健康的基因替代它们。这就意味着每个人都将是天生健康,头脑聪慧,百毒不侵,能在各种恶劣自然条件下生存的铁人。每个人将很不在衰老,寿命超长。DNA重组技术一旦获得成功,就不只是有没有轰动效应那么简单了,因为人类已经通过高科技完成了自我进化,人人都是超人。

发明出新的可再生能源装置让地球得以重回绿色

放眼世界,西亚诸国用了几十年的时间,就从从一个个半原始部落,都变成了富得流油的土豪,原因就是因为石油。人类现代化社会对能源的需求日益庞大,离开了石油和煤,人类将无法生存。虽然这些传统的能源给人们的生活提供了基础保障,但是造成了太多环境的污染,而且其储量也越来越少,面临枯竭。

人们已经意识到了能源危机的科普,因此绿色新能源方面的研究已经广泛地展开了。如果人们能够研制出高科技的以太阳能,核能,水能或风能为主的高效清洁能源装置,彻底替代石油和煤。那么人类的能源问题将被彻底解决。

物联网与人工智能的相关发明将让人与技术将融合为一体

目前,智能设备和物联网正在缓慢地发展,不过随着5G时代的到来,万物都将互联。无线通信将在人类的日常生活中占主导地位。可以想象,如果小到个人穿戴,家用电器大到房屋,汽车乃至整个城市整个地球都通过网络连接在一起。到时人类生活所有的一切都将数字化和自动化,这是一个多么伟大的壮举。

不仅如此,人工智能进步,让那些科幻电影或书籍中智能机器人被制造出来,为人类服务。同时人类在自己身上也开始植入AI芯片,把自己改造变成了半人和半机器的身体,拥有真正的超能力,可以轻易地变成了超级人类。这些发明创造,足以让人类有能力去探索宇宙里的奥秘。