引領能源轉換與輸運高新技術發展

    鋰電世界  進入21世紀以來，能源危機在全世界范圍內愈演愈烈。科學家們不僅致力于提高傳統化石能源的運輸和使用效率，也在孜孜不倦地探索新能源的開發。

    “作為化學研究者，我們將一直立足化學學科，努力開發有望化解能源危機的新技術。”中科院化學所相關負責人表示。成立六十年來，該所研究人員在開發高效率太陽能電池、增強原油在運輸管道中的流動方面，不斷將基礎研究成果轉化為高新技術，實現了生產實踐中的廣泛應用，引領了能源轉換與輸運高技術發展。

    基于納米科學的新突破

    在鋰離子、太陽能電池新技術開發上，化學所相關領域科研人員基于納米科學，突破了諸多關鍵技術問題。

    據介紹，萬立駿院士、郭玉國研究員等組成的研究團隊在基礎研究領域長期從事電化學和納米材料科學的研究，在取得科學原理突破的基礎上，致力于能源轉化和存儲器件的表界面化學、電極材料制備方法學和材料結構性能的研究。

    研究人員告訴《中國科學報》記者，在對高效、穩定的高容量、高倍率鋰離子電池電極材料開展深入研究后，兼具高容量和高倍率性能的鋰離子電池電極材料成功出爐。2010年，這一新材料項目實現了在中關村的成果轉化并試點股權激勵政策。

    記者在實驗室中看到，目前，科研人員正致力于納米碳三維導電網絡結構電極材料在高性能鋰離子電池中的潛在應用，以進一步提升電池性能。

    該團隊研究人員還通過納米技術解決了新材料面臨的挑戰，開發了大規模制備高性能、微納復合結構、高容量硅碳復合負極材料的生產工藝技術，設計建成了噸級中試生產線及配套電池生產線，獲得了硅碳鋰離子電池的整套生產工藝技術，并取得多項專利成果。

    太陽能電池走出實驗室

    在新能源領域，太陽能電池是一顆耀眼的“明星”。化學所組織了一批強有力的科研力量，集中對該領域面臨的難題進行了攻關。

    來自綠色印刷重點實驗室的蔣克健副研究員等圍繞染料敏化太陽電池、鈣鈦礦電池，從原理上提出了單個電池“內串聯”，有效提高了染料敏化太陽電池對太陽光譜的充分利用。業內專家認為，這為進一步提高該類太陽電池的光電轉換效率提供了新思路。

    在鈣鈦礦電池研究上，研究人員采用電化學等新方法、新工藝制備的器件光電轉化率達14.6%。“為推進電池實用化，我們重點開展鈣鈦礦電池大面積打印技術研究，有望實現打印鈣鈦礦電池從實驗室走向市場。”蔣克健介紹。

    近十多年來，李永舫院士團隊聚焦聚合物太陽能電池光伏材料和器件方面的研究。研究人員提出了使用共軛側鏈拓寬共軛聚合物吸收光譜的分子設計思想，設計和合成了一系列高效二維共軛聚合物給體光伏材料。

    據悉，最近，使用這類聚合物為給體的聚合物太陽能電池能量轉換效率超過了11%，已經達到了國際領先水平。

    解決原油輸運難題

    當前，化石能源依然是應用最廣泛的傳統能源之一。

    針對我國采用加熱工藝輸送高含蠟原油面臨的環境污染和安全風險，化學所與中石油管道科技中心共同開發了一種新型納米降凝劑。

    據化學所研究員陽明書介紹，他們從納米材料功能化入手，開發了一種有機無機納米雜化降凝劑。“在25攝氏度下，添加降凝劑的大慶原油表觀黏度下降了90%，凝點下降了16攝氏度。”陽明書說。2010年，化學所實現了這一降凝劑的中試生產。2011年3月，新型納米降凝劑工業化生產線建成。目前，東北管網“鐵秦線”和“任京線”已開始使用該降凝劑，提升了原油管道輸運的安全性和經濟性。

    同時，針對如何提高稠油采收率的問題，王金本研究員團隊研制出適用于常規稠油、超稠油和特超稠油的系列功能性兩親高分子體系。據悉，這一新體系在中石化、中石油、中海油、馬來西亞國家石油公司和羅馬尼亞國家石油公司均進行了室內評價。評價結果一致認為，該體系具有顯著的耐溫抗鹽能力和優異的提高原油采收率性能，技術水平處于世界領先。

    毋庸置疑，針對人類社會共同面對的能源問題，靈感將在許多化學研究者腦海中迸發。研究人員們期待，化學上的新進展能為化解能源問題提供新思路、新路徑。