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【材料日报】丰田燃料电池汽车“MIRAI”在中国、应用了纳米压印技术的光学元件、新型钙钛矿油墨

 前沿材料 2020-09-17

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丰田开始在中国进行

燃料电池汽车“MIRAI”的实证实验

并建设加氢站

▲加氢站完成预想图

2017年4月19日,日本丰田汽车株式会社(以下简称“丰田”)通过官网宣布将于今年10月在中国引入2辆燃料电池汽车“MIRAI”,开始在中国各地进行实证实验。另外,为配合此次实证实验,丰田还计划在中国的研究开发基地丰田汽车研发中心(中国)有限公司(Toyota Motor Engineering & Manufacturing (China) Co., Ltd. ,以下简称“TMEC”)内建设加氢站。

丰田参与了“促进中国燃料电池汽车商业化发展”项目,将在2017年~2020年的三年时间内进行“MIRAI”的实证实验。具体主要实施“中国环境下车辆行驶调查”、“中国氢品质调查”以及“各种品质、耐久性评估”等。另外,还要在中国国内的各种活动中展示“MIRAI”,并进行商品可接受性调查、举办宣传活动,增加消费者对燃料电池汽车的了解与接收程度。

中国目前有5个加氢站,主要以北京、上海、广州等城市圈为中心,此次计划在TMEC内建设的加氢站是江苏省内的第一个加氢站。中国政府正在积极推进燃料电池汽车的普及与产业化,也在积极推进相关基础设施的完善。丰田将通过该项目,与中国政府和产业界共同摸索建设氢社会的可能性。

“MIRAI”除了在行驶时不排放二氧化碳之外,在加氢时间与续航距离方面也可以与燃油汽车相媲美,一种“终极环保车”。2014年12月~2017年2月,丰田已累计在日本、美国、欧洲等地区销售“MIRAI”约3,000辆。而且,丰田在澳大利亚、阿拉伯联合酋长国、加拿大等国家内也在积极推进“MIRAI”的实证实验。

TMEC内加氢站概要

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大日本印刷公司开发并量产

应用了纳米压印技术的光学元件


2017年4月17日,日本的大日本印刷公司成功开发出一种光学元件的量产技术。这种光学元件可以使用于搭载在静脉认证机器电脑末端等处的小型光源,并且可以通过应用纳米压印技术细微的凹凸构造对红外线灯照射光进行整形

此次量产成功的光学元件,灵活运用可以对应小型化的特点,并被富士通公司的滑块式静脉认证功能搭载的电脑末端“ARROWS Tab Q507/P-SP”所采用。

伴随着互联网服务的普及,信息情报领域的需求也在不断攀升。受到IoT化、自动化进展的影响,对更加高端的传感器需求正在不断扩大。特别是波长较长,且使用了肉眼不能看见的红外线的传感器正在被广泛应用。红外线通过特定的形态或者模式进行照射,在提高效率和性能的同时,装置进一步小型化的需求也在与日俱增。

作为这种光整形技术的衍射光学元件(Diffractive Optical Element : DOE),通过利用这一技术,可以对照射光的方向、强度、照射模式、形状进行设计和调整

通过利用此次大日本印刷公司所开发的纳米压印技术实现量产化的光学元件,今后各种光学传感器设备,以及照明装置性能的提升、效率的改善、小型化等方面都将得到进一步的发展。

此次所开发出的产品以及“大日本纳米压印解决方案”相关的商品材料的销售,预计在2021年达到年间80亿日元的销售额。

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美国NREL开发新型钙钛矿油墨

助力高效钙钛矿薄膜电池

2017年4月14日,美国能源部(DOE)国家可再生能源实验室(NREL)的科学家开发了一种新型钙钛矿油墨,具有长加工窗口,可以规模化生产用于高效太阳能电池的钙钛矿薄膜。

钙钛矿太阳能电池具有很高的光电转换效率,但是目前该技术尚未走出实验室。钙钛矿晶体结构必须小心地生长在基底材料上,这通常在实验室采用旋涂法进行,但是这种技术难以规模化量产。采用沉积技术可规模化生产钙钛矿,同时也适合未来的技术发展,然而采用沉积技术制备的器件性能却远逊于采用旋涂法制备的器件。

国家可再生能源实验室化学与纳米科学中心高级科学家Kai Zhu及其研究团队克服了以上缺点。

为了制备钙钛矿薄膜,在基底上沉积一层化学药品涂层并加热以使材料完全结晶。所涉及的各个步骤通常彼此重叠并使工艺复杂化。其中,有一项至关重要的步骤需要添加提取前驱体化学物质的抗溶剂,以便制备优质晶体。这一步骤的窗口在几秒钟内打开和关闭,由于制作此时间窗口所需的精度问题,对于制备来说毫无益处。

国家可再生能源实验室研究人员能够将窗口保持长达8分钟的时间。

前驱体钙钛矿油墨的配方包括含氯甲基铵碘化铅前驱体以及溶剂调节,加上可以通过旋涂法或手术刀涂布法沉积在基材上的抗溶剂。两种方法都经过测试,制备了无法区分的膜形态和器件性能。手术刀涂布法对制造商更有吸引力,因为其可以规模化生产。

研究人员测试了一种含有过量甲基碘化铵(MAI)的前驱体油墨,另外一种是加入了甲基氯化铵(MACI)的前驱体油墨。MACI在缩短钙钛矿所需热处理时间方面被证明是有效的,与MAI溶液相比,MACI将热处理时间从10分钟压缩到1分钟,更短的时间使其更具吸引力

通过使用手术刀涂布法制备的吸收体,国家可再生能源实验室的科学家制备了由四块钙钛矿组成的模块,面积约为12.6cm^2,其中11.1cm^2可将阳光转化为能量,并具有13.3%的稳定转换效率

该项研究由美国能源部太阳计划(SunShot Initiative)支持。

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