目前，全球綠色能源發(fā)展如火如荼，哪些領(lǐng)域具有更好的發(fā)展?jié)摿?哪些新興技術(shù)需要密切關(guān)注?近日，美國(guó)化學(xué)文摘社(CAS)根據(jù)該社期刊發(fā)表的文獻(xiàn)進(jìn)行匯總分析，提出了五大需要密切關(guān)注的新興領(lǐng)域。
CAS表示，2018年至2022年，綠色能源領(lǐng)域出現(xiàn)了幾種存在潛在未來(lái)機(jī)遇的細(xì)分領(lǐng)域。根據(jù)文獻(xiàn)熱度，具有最強(qiáng)增長(zhǎng)趨勢(shì)的五大領(lǐng)域是電池、氫能、太陽(yáng)能電池、新材料和光熱能源。
新型電池將解決安全問(wèn)題
CAS表示，電池領(lǐng)域是綠色能源研究的最大熱點(diǎn)。其中，鋰離子電池因其高能量密度已被用作便攜式設(shè)備和新能源汽車(chē)的常用電池，而鉛酸電池則仍常用于便攜式和固定式電力存儲(chǔ)。然而，鋰離子電池存在安全問(wèn)題，尤其是存在火災(zāi)隱患，而鉛酸電池則有明顯的毒性。目前，研究人員仍在尋找其他更安全的儲(chǔ)電方式。
CAS表示，目前值得注意的是兩種新型電池。水基鋅離子電池是鉛酸電池的潛在替代品。此類(lèi)電池于2018年由美國(guó)馬里蘭大學(xué)研制成功，隨后，各國(guó)研究者開(kāi)始爭(zhēng)相對(duì)其展開(kāi)研究。這種電池更環(huán)保，且價(jià)格低、無(wú)毒，正在被研究作為鉛酸電池的替代品。
另一項(xiàng)重要的研究領(lǐng)域是固態(tài)鋰離子電池?，F(xiàn)存的鋰離子電池降解快，有火災(zāi)隱患且毒性高。然而，由于其充電速度快且易于制造，仍被廣泛使用。目前的研究顯示，固態(tài)鋰離子電池的充放電速度可達(dá)鋰離子電池的數(shù)倍，還可容納更多電量。
CAS表示，未來(lái)，這些新型電池的成功開(kāi)發(fā)將使整個(gè)電池行業(yè)更加安全。固態(tài)鋰電池不僅減少了火災(zāi)隱患，而且不使用液態(tài)電解質(zhì)，整體污染也將減少。
制儲(chǔ)氫呼喚飛躍性技術(shù)
CAS表示，氫已成為一種頗有前景的化石燃料替代品，在很多能源相關(guān)領(lǐng)域更加適用，但氫仍然面臨儲(chǔ)存和生產(chǎn)的難題。
液氫被認(rèn)為是儲(chǔ)存氫最有效的方法，研究人員正在尋找利用液氫的新方法，如果利用得當(dāng)，液氫儲(chǔ)存可實(shí)現(xiàn)新型燃料電池驅(qū)動(dòng)汽車(chē)，并降低石油精煉、化肥生產(chǎn)等方面的成本。
使用異質(zhì)結(jié)光催化劑進(jìn)行水分解則是制氫方面的最新研究方向，也是潛在的飛躍性技術(shù)。CAS介紹，光催化劑作用下，只需利用水和陽(yáng)光即可產(chǎn)生氫氣。但由于效率低和不合適的能帶位置，主要的挑戰(zhàn)在于找到或開(kāi)發(fā)這些催化劑。一旦克服了這些障礙，便有望降低氫的成本，從而使其成為首選燃料來(lái)源。
太陽(yáng)能電池尋求降本增效
CAS表示，太陽(yáng)能電池在學(xué)術(shù)界和商業(yè)上都受到越來(lái)越多的關(guān)注。隨著眾多行業(yè)都在尋求更可持續(xù)的方案，太陽(yáng)能電池的降本增效研究正在增多。因此，有兩種太陽(yáng)能電池研究正在受到關(guān)注。
首先是太陽(yáng)能電池的非富勒烯受體。CAS介紹，有機(jī)太陽(yáng)能電池的性能已有所提高，但最常用的富勒烯受體太陽(yáng)能電池的替代品已在開(kāi)發(fā)。這些非富勒烯受體具有更多的可調(diào)特性、更高的熱穩(wěn)定性和光化學(xué)穩(wěn)定性，并可以延長(zhǎng)設(shè)備壽命。這將帶來(lái)更穩(wěn)定、更持久、更便宜的太陽(yáng)能電池。
另外的熱點(diǎn)則是穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，這些易于制造、低成本的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池具有最高的能效，只是目前使用的材料并不穩(wěn)定。如果能克服這一難題，穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的優(yōu)勢(shì)依然顯著，可以降低制造成本。CAS認(rèn)為，通過(guò)淘汰富勒烯或開(kāi)發(fā)使用鈣鈦礦電池，許多消費(fèi)者將能負(fù)擔(dān)得起太陽(yáng)能電池。
新材料替代金屬化合物
貴金屬和有毒金屬化合物經(jīng)常被用于重要能源領(lǐng)域，如煉油催化劑，但在能源綠色化的背景下，學(xué)界開(kāi)始研究更可持續(xù)、更有效的替代品。
CAS介紹，Mxenes是一種包含過(guò)渡金屬和官能團(tuán)的二維結(jié)構(gòu)材料。它們的層狀特性使其成為電容器和電池等儲(chǔ)能應(yīng)用的有力候選材料，而它們的光學(xué)和催化特性則使其在光催化和電催化方面具有潛力。Mxenes還含有地殼高豐度元素，可規(guī)避與貴金屬或有毒金屬有關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)。這種材料的任何突破都會(huì)為成本、環(huán)境和能源儲(chǔ)存帶來(lái)巨大的效益。
另一項(xiàng)重要潛在技術(shù)是共價(jià)有機(jī)框架。這是一種由有機(jī)前體反應(yīng)形成的二維或三維結(jié)構(gòu)。它們形成共價(jià)鍵合的多孔結(jié)構(gòu)，目前正被研究其在氫、甲烷和催化、電催化儲(chǔ)能方面的應(yīng)用。共價(jià)有機(jī)框架的成功應(yīng)用可為能源儲(chǔ)存、化學(xué)合成、催化和氣體分離等方面帶來(lái)許多經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益，尤其是汽車(chē)行業(yè)。
光熱能源期待高效轉(zhuǎn)換
CAS介紹，光熱能轉(zhuǎn)換是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為熱能，進(jìn)行產(chǎn)生蒸汽，無(wú)需使用其他能源即可發(fā)電。研究人員正在研究無(wú)機(jī)材料和聚合物材料，以找到合適的光熱候選材料。由于完全依賴(lài)太陽(yáng)能，這一領(lǐng)域的成功可大幅降低能源成本。理想情況下，它還將減少化石燃料的使用，從而對(duì)環(huán)境產(chǎn)生重大的積極影響。
CAS介紹，發(fā)掘光熱轉(zhuǎn)換的潛力可以節(jié)省大量能源成本，提供更清潔的能源。此外，利用太陽(yáng)能使水分解產(chǎn)生清潔的氫氣是人們一直以來(lái)的愿望。這種光催化過(guò)程對(duì)于利用太陽(yáng)能生產(chǎn)清潔氫氣至關(guān)重要，可以重塑綠色氫經(jīng)濟(jì)的未來(lái)。
