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首届中国海洽会上，一大批海洋新兴产业应用产品，让市民能感受到“蓝海时代”迎面拍来的潮头。风能、太阳能、潮流能……新能源前景下的低碳生活让人憧憬。
海岛上，喝淡水不难 昨天，在首届中国海洽会浙江馆现场，展示的一款风光能源互补空气制水设备频频引来参观者驻足观看。讲解员说，它能利用风能、太阳能发电，为制冷系统提供动力，当冷凝器表面温度低于空气露点时，湿空气中便有水滴析出，经漏斗流入水槽。所产生的水经净化处理后，能直接饮用。而这，意味着今后在无淡水源的荒岛，也能生产淡水了。 无独有偶。在海洽会宁波馆现场，浙江大学宁波理工学院海洋机电装备技术研究中心展示了一款潮流能、波浪能耦合的海岛独立发电、制淡系统设备。该学院陈俊华教授解释，这套系统能够利用天然的潮流能和上下起伏的波浪能，转换成液压能，驱动马达电机发电，然后再用高压泵把抽上来的海水经膜处理制成淡水，比较适合海岛上或沿海的普通居民使用。 据陈俊华介绍，这样一套系统投资成本仅１００万元左右，白天发的电２５ＫＷ，够３０户人家同时使用一天；而晚上多余的电能，能直接淡化１０多吨海水。记者从海洽会上获悉，这套系统的研究与试验已经获得 国家海洋局海洋可再生能源专项资金资助，准备在象山等地的海岛继续开发推广应用。 同样，在海洽会宁波馆内，慈溪沁园集团展示的大型成套水处理设备及工程，也是针对大规模的海水淡化处理。讲解员介绍，它能通过反渗透膜、活性炭滤器、离子交换水处理等技术，为沿海大城镇提供海水淡化处理。 海洋科技，让越来越多的不可思议成为现实 海岛用风力发电机、风光互补路灯、用海蛇提炼做成治疗老年痴呆症药品、可将不同重量的鱼分开的“自动分鱼机”、微藻能源示范技术、海岛新能源互补开发利用技术（智能电网）……许多原先不可思议的事情，因为海洋科技变成了现实。 中科院宁波材料所展示的石墨烯动力锂电池，是当今全球海洋科技乃至物理学领域最前沿、最热门的成果。在海洽会宁波馆现场，一些懂行的参观者对这个“新玩艺”看了半天都久久不愿离开。用石墨烯动力锂电池若做船泊、汽车等电池，１０分钟就能完成充电，还不损害电池使用寿命。而碳纤维复合材料，更是能广泛用于船泊、海洋工程、汽车、信息技术等领域。 新能源，将让我们更低碳地生活 事实上，在首届中国海洽会签约项目中，低碳、环保、高效的新能源项目更是“重头戏”。 中海油气电集团与宁波市签约，将在宁波建设总库量达３２０万立方米ＬＮＧ（注：液化天然气）储备能力的接收站及配套工程，项目投资额达２８６亿元；新奥集团在舟山投资一个液化天然气国际储运中转中心及综合开发利用项目，可辐射全省…… 随着新能源项目建成投产，市民可以憧憬低碳生活：天色暗下来，矗立在街道两旁的太阳能路灯就会亮起；房屋夏天的制冷和冬天的供暖可以由地源热泵井供给；日常用电大部分采用风能、潮流能、潮汐能、太阳能光伏发电……
清华大学技术更牛，换电代替电池充电无需等待
新的石墨烯空气电极可提升锂电池容量达15000毫安时/克 注：1安时=1000毫安时，1度电=1千瓦时=1000安时，15000毫安时/克，即15000安时/千克=15千瓦时/千克=15000瓦时/千克 而目前锂电池能量密度为120 瓦时/千克，新的石墨烯空气电极可把锂电池容量提高到目前的120倍以上，即每公斤石墨烯空气锂电池可储存15度电，而目前比亚迪的电动汽车所用的锂电池700公斤才可以储存72度电，充电一次只能跑几百公里，而如果用同样重量的石墨烯空气锂电池则充电一次可以跑几万公里，当然目前这只是理论上可以实现，实际造出的石墨烯空气锂电池能量密度目前研究人员只是期望达到800瓦时/千克，即使达到这个水平也是目前比亚迪汽车电池能量密度的8倍左右，汽车充电一次可以跑两千公里 锂离子电池已广泛用于许多电子设备，在我们日常生活中很重要。然而，二十年来，稳步提高10-15％之后，锂离子电池的能量密度目前已接近其理论极限，制约它能量的，就是这些电池使用的阴极和阳极材料。因此，近年来，全球都积极追求下一代能源储存系统。 有一种这样的系统就是金属/空气电池，它具有高得多规格能量，胜过现有的大多数原电池和充电电池。 （a）功能性石墨烯片结构示意图（上图），具有理想的双峰多孔结构（较下方的图像），这非常有利于锂氧电池运行。（b）锂氧电池的放电曲线采用FGS（C / O = 14）作为空气电极（PO2 = 2 ATM）。 在迄今探讨的各种电化学储能系统中，锂空气电池最有前途的一种技术，理论能量密度接近十倍于传统的锂离子电池。这是因为锂金属作为阳极，容量十倍于传统石墨阳极，而氧气作为锂空气电池的正极，可从环境中自由吸收，这就显著减少了电池重量和成本。 为了用于实用设备如电动汽车，研究人员期望，锂-空气电池达到约800瓦时/千克的能量密度，这就三倍于最先进的锂离子电池。因此，锂-空气电池有极大潜力，可进行许多应用，这就要求能量储存系统要超越锂离子电池，如远程电动汽车，每次充电可以行驶500多公里。 报道他们的成果，是在2011年10月10日《纳米快报》（Nano Letters）在线版，题目是《分层多孔石墨烯用作锂空气电池电极》（Hierarchically Porous Graphene as a Lithium-Air Battery Electrode），张基广和他在西北太平洋国家实验室的小组证明，一种新的空气电极，包含不寻常的分层排列功能化石墨烯薄片（无催化剂），可带来极高的锂氧电池容量，就是15000毫安时/克，这是这一领域有史以来报道的最高值。 这种锂-空气电池的性能受许多因素影响，如电解质成分，宏观结构的空气电极，微观直到纳米结构的含碳材料。反应产物（如Li2O2）沉淀在含碳电极上，最终会阻塞氧气通道，限制锂-空气电池的容量。 太平洋西北国家实验室小组最近的工作，最大限度地减轻了空气电极阻塞问题，显著提高了的容量。 此外，研究表明，石墨烯的缺陷和功能组，有利于形成孤立的纳米尺寸的Li2O2颗粒，有助于防止空气电极中的空气阻塞。成片石墨烯的分层有序多孔结构，可进行实际应用，促进使用这种结构的大多数石墨薄片。 “令人惊讶的是，这种功能化的石墨烯薄片聚合成松散堆积的“破蛋”结构，留下很大的相互连接的隧道，一直穿进整个电极深处，”张基广说。“这些隧道作用就像众多的动脉，不断供应氧气进入电极内部，在放电过程中就是这样。更重要的是，这种复杂的孔隙结构在电解液渗透后仍然保留下来，不像测试过的其他多孔碳材料。” 他们用扫描电子显微镜（SEM）观察“碎蛋”的“壳”，研究人员发现，这些“壳”包含许多较小的连续纳米孔，连通大隧道。张基广指出，这种独特的形态是一种理想的设计，可用于空气电极。“在放电过程中，强大的大型隧道可以作为“高速公路”，供应氧气进入空气电极内部，同时，壁上的小孔都是出口，提供三相（固态-液态-气态）区域，进行氧气还原。” 一些障碍仍然需要克服，之后这种电池系统才可以大规模应用。主要障碍包括：放电速度低;电解质稳定性和锂-空气电池的可逆性;需要氧气选择性膜，以减轻容量退化，这种退化源自水分渗透;需要防止锂枝晶（dendrite）生长，以延长循环寿命。 张基广说。“我们的工作首次展示了一种自我组装的、双峰石墨烯结构，既有微米大小的开放孔隙，可加快氧气扩散，也有大量纳米孔隙（2-50纳米），可催化Li-O2反应，同时防止过快增长的放电产物阻塞化学通道。” 这与第六元素的石墨烯专利相似，而国内第六元素首先申请了这项石墨烯专利以后其他公司未经第六元素授权是不能使用第六元素的这项石墨烯专利技术的，这样第六元素就在国内石墨烯技术方面具备了垄断优势 名称: 一种利用强碱化学处理得到高比表面积石墨烯材料的方法 申请（专利）号: CN201110048059.4 申请日: 2011.02.28 公开（公告）号: CN102070140A 公开（公告）日: 2011.05.25 专利说明书摘要 本发明涉及一种化学处理法生产石墨烯材料的方法，属于石墨烯材料制备技术领域。
背景技术
锂空气电池理论能量密度是锌空气电池能量密度的8倍多，具有当今化学电池系统最高的能量密度，15千瓦时/千克的能量密度与乙醇燃料电池不相上下，并可与汽油媲美，既是储能工具，又是燃料电池 目前锂空气电池专利申请极少，只有11个专利，其中有三个是清华大学申请的，三个时中国科学院上海硅酸盐研究所申请的，三个是中国科学院青岛生物能源与过程研究所申请的，一个是丰田自动车株式会社申请的，一个是复旦大学申请的 而第六元素是深圳清华下属企业，看来清华在此方面早已经完成了技术布局 名称: 一种双层可控正极结构锂空气电池 本发明公开了属于锂空气电池制备技术领域的一种双层可控正极结构锂空气电池。本发明锂空气电池的正极为大孔亲水碳布层与多孔憎水碳纸层双层结构，其中多孔憎水碳纸层是将碳纸通过PTFE进行强憎水处理，使其仅作为气体传输通道；而大孔亲水碳布层是将碳布的大孔周围涂覆上一层碳载合金催化剂，使其成为电化学反应发生的场所。锂空气电池放电过程中，放电产物将沉积在碳布的大孔周围，随着放电的长时间进行，放电产物会堵塞碳布的孔径，使得气体与电解液不能在催化剂表面形成三相界面而导致放电终止。本发明的锂空气电池没电时无需充电，只需更换大孔亲水碳布层，就使得锂空气电池可以连续工作。 还是清华牛啊，不用充电一换就行 锂-空气电池并非新概念。由于在正极上使用空气中的氧作为活性物质，理论上正极的容量密度是无限的，可加大容量。另外，如果负极使用金属锂，理论容量会比锂离子充电电池提高一位数。但是，为什么锂-空气电池至今都未普及？原因是它存在致命缺陷，即固体反应生成物氧化锂（Li2O）会在正极堆积，使电解液与空气的接触被阻断，从而导致放电停止。 锂空气电池——会呼吸的绿色电池 文章来源：上海硅酸盐研究所 发布时间：2011-05-25 空气，这一大自然赐与人类的最珍贵的礼物，像一位慈祥的母亲，无私的供给给植物，动物和人类呼吸所需要的气体，从而才有了我们植物动物和人类共同繁荣的今天。但人类肆无忌惮的对大自然的征服和改造也正在慢慢的让这位慈祥的母亲不堪重负。暂且不说一根根来自各种工厂的冒着各种颜色废气的大烟囱严重污染着我们人类赖以生存的空气，就各种能源消耗设备的发展所造成的化石能源的燃烧，不仅造成了能源危机，由此排放出的大量的温室气体二氧化碳更是造成了全球变暖，冰川融化，海平面上升，人类生存的陆地面积越来越少，各种自然灾害不断增加，这些都成为人类生存和发展的巨大威胁，能源转型迫在眉睫。 但目前商业化的锂离子电池主要还是基于LiCoO2等锂离子嵌层化合物的摇椅机理，正极材料成为锂离子电池能量密度的限制，而要减少二氧化碳的排放，解决全球变暖，仅靠便携电子设备的电源改革是不行的，因为造成二氧化碳排放的原因主要是道路交通工具所使用的化石燃料的燃烧，因此发展电动汽车才是最直接的解决办法。但要实现纯的电动汽车，电化学电源需要完全代替汽油，即达到汽油的13000Wh/Kg的能量密度，而锂离子电池由于正极材料和摇椅机理的限制极限能量密度只能达到400Wh/Kg，所以，锂离子电池难当重任，寻找新的电化学电源途径势在必行。
另外，锂空气电池的另一个重大优势就是正极的活性物质氧气是直接来源于周围空气，因而是取之不尽用之不竭的，并且不需要储存在电池内部，这样既降低了成本又减轻了电池的重量，所以电池的能量密度完全取决于金属锂一侧。通过理论计算可以得出，锂空气电池的能量密度可以达到13200Wh/Kg的超高理论能量密度，这一能量密度足以和汽油相媲美，从而有望完全代替汽油，真正实现纯电动汽车。 目前全球已经有上千个研究单位在从事锂空气电池方面的研究，经过科研人员不懈的努力，期望在不久的将来这一会呼吸的绿色电池可以真正的实现在电动汽车方面的应用，从而为人类的可持续发展做出贡献。 |
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