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纳米科技助力锂电池能效提升

编辑:大连巩义烈江沟机械厂   字号:
摘要:纳米科技助力锂电池能效提升
10月27日,2011中国国际纳米技术产业发展论坛暨纳米技术产品展在苏州开幕。作为大会协办单位之一,苏州纳米科技发展有限公司相关负责人表示,新能源正在成为纳米技术的重要应用领域之一,纳米技术可以帮助人们更加清洁高效地利用能源。“实际上,像风机的叶片等已经在使用纳米材料。”新加坡纳米顾问公司NanoGlobe董事总经理刘乐文博士说。

纳米科技将影响未来能源发展

纳米技术正逐步走入人们的生活。时至今日,它已不再是一个徒有虚名的概念,而是一步一个脚印地开始了产业化。

在苏州工业园区布局了五大纳米技术产业技术领域,形成了以聚灿光电、晶方半导体、京东方茶谷、晶能、纳晶、纳科为代表的LED企业上下游产业链,建立了以苏大维格、中科院纳米所、苏州大学、纳维公司、纳米公共加工平台为核心的纳米制造工艺链的上下游产学研合作平台,并将依托该平台在固态照明、薄膜太阳能电池等重大技术领域实现工艺和产品的突破。

如今,纳米技术的应用范围也不再局限于化妆品,或者家用电器上,而是伸入到各个工业领域。例如,利用碳纳米管增强聚氨酯复合材料制造大功率风机的叶片,可以使其更大、更强、同时更轻。

大会期间,有学者指出,当前,纳米科技对整条能源产业链的各个部分都有举足轻重的影响。在清洁能源需求渐增的情况下,纳米科技已成为主导未来能源发展的重要因素之一。

专家介绍说,中国是国际上率先开展纳米科技研究的国家之一,经过20余年努力,中国纳米科技论文发表、引用频次和专利申请、授权已位居世界前列,并制定出一系列国家和国际标准,这为纳米科技在能源领域特别是新能源领域的的产业化应用奠定了基础。

有助推动光伏行业拓展市场

不久前,由中科院苏州纳米所主持承担的国家重大科学研究计划项目“基于纳米结构的宽光谱高效太阳能电池关键科学问题研究”顺利通过课题结题验收。这是纳米科技在新能源领域应用的最新科研成果。有分析认为,纳米科技在太阳能电池领域的应用,将有助光伏行业的成本降低和市场普及。

据介绍,纳米科技的应用与太阳能的光伏发展有密切关系。目前,多晶硅仍是太阳能光伏市场的主要材料,占据超过一半的太阳能电池市场。然而,由于多晶硅太阳能电池生产成本较高,在转换效率提升上面临一定的技术瓶颈,因此,市场上出现了薄膜太阳能电池。

薄膜太阳能电池所需原料少,生产成本低,但转换效率也相对较低。在成本与转换效率的平衡问题上,纳米科技便能发挥其作用。一些太阳能电池生产商利用纳米材料帮助太阳能电池里的半导体材料更快速及更有系统地排列在太阳能电池里,可以使太阳能电池的生产成本及转换效率都有一定提升,从而达到一个最优化的平衡点。

此外,一些厂商通过纳米科技研制新型太阳能电池,包括运用纳米合成物(用于提高太阳能电池的导电及导热性)和量子线(由纳米碳管制造,使太阳能电池更轻且有更高导电性)研制出集薄膜太阳能电池的低成本及多晶硅太阳能电池的高效能于一身的新一代太阳能电池。

有最新的消息称,新加坡科学家将一个新奇的纳米结构置于非结晶硅制成的太阳能电池的表面,研制出了一种转化效率高、成本低的新型薄膜太阳能电池。这项新技术有望将太阳能电池的制造成本减半。

帮助锂电池实现能效提升

纳米科技除了在太阳能光伏领域有巨大应用潜力外,与会专家还认为,在诸如锂电池等动力电池领域,纳米科技同样大有可为。

据了解,锂电池正极材料不但影响电池性能,而且也是决定电池安全性的重要因素。好的锂离子电池正极材料,要求材料热稳定性好,即材料安全性优。锂离子电池若以正极材料来区分,主要包括锂钴、锂镍钴、锂镍及锂锰四大系统。虽然锂镍电容量最高,但安全性差,目前无法使用;锂钴材料价格最贵,且电容量适中,已经到达材料应用极限;锂锰材料最便宜,但电容量偏低且高温循环寿命差,只有少量商品化电池使用;而锂镍钴材料价格适中,电容量高,但由于安全性顾虑,目前只有少量商品化电池使用此类正极材料。

有专家告诉记者,锂镍钴材料将会是市场主流,因此,如何提高锂镍钴材料的安全性是研发高容量锂电池的关键。据称,通过纳米化的表面处理,可使得锂镍钴材料的安全性大大提升。利用纳米金属氧化物镀层表面处理后的锂镍钴正极材料,不但可获得高电容量,而且可大幅提高材料的安全性。

不过,纳米科技要想在新能源领域发挥越来越大的作用,本身也需要解决一些技术难题。一位与会专家告诉记者,为了使纳米技术在能源应用中产生更大的市场影响,需要进一步完善纳米结构材料:一些纳米管等材料目前还没有实现批量生产,关键问题在于适用于量产的较廉价和较易控制的方法的开发。

此外,据介绍,纳米粒子的特性分布和配置常常是偶然的,需要更先进的方法来进行纳米粒子的受控制备和自组织的配置。就很多能源应用而言,纳米粒子极其重要的特性是巨大的表面面积。因此,要研究具有更大表面面积的材料。
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