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2019年第14期(发布时间: 2019-12-1 发布者:郭楷模)  下载: 2019年第14期.doc       全选  导出
1   2019-11-20 15:38:01.207 IEA提出充分发挥氢能巨大潜力的战略性建议 (点击量:22)
6月14日,国际能源署(IEA)发布《氢能未来:抓住当下发展机遇》 报告指出,氢能是一种清洁高效能源,发展氢能有助于解决全球面临的各种关键能源挑战(如实现波动性可再生能源的稳定存储,促进不同行业深度脱碳等)。当下,氢能开发利用已得到世界各国政府、学术界和企业的高度关注,各类氢能发展政策相继出台,资本和企业争相布局氢能产业,氢能发展正迎来前所未有的机遇。报告系统评述了全球氢能发展现状、面临挑战和机遇,为各国政府、企业、研究机构等利益相关方提出了七大战略性建议。

一、全球氢能产业发展现状

1、过去40余年全球氢能需求持续稳定上涨

当前,工业部门(如炼油、合成氨、化肥生产等)对氢能的需求在氢能市场中占据主导地位,氢能已经在工业部门实现了规模化应用。过去40多年(1975-2018年),全球工业部门对氢能的需求增长了三倍多,从1975年的1820万吨增长到2018年的7390万吨。然而,目前氢气主要通过化石燃料制取,导致每年制氢产生了近8.3亿吨的CO2排放。因此对现有制氢工艺进行改进或者开发全新的绿色制氢工艺以减少碳排放是氢气规模化应用的一大挑战。解决上述挑战的潜在路径有两条,一是针对现有化石燃料生产氢气的设施进行碳捕集、利用和封存(CCUS)改造;二是利用可再生能源制氢(如可再生能源富余电力电解水制氢)实现绿色产氢。

2、各国政府积极出台氢能产业发展政策规划

当前,出台氢能技术扶持政策的国家数量不断增加。截至2018年底,全球出台氢能产业发展政策的国家数量已经达到50个,其中大多数的政策聚焦在氢能在交通运输部门的应用。政府和氢能产业各利益相关方需要持续紧密协作,不断完善氢能产业政策法规体系、技术标准和审核审批流程,为氢能产业发展营造良好的政策环境。

二、发展氢能产业益处

1、氢能的生产路线和应用范围都十分广泛

当前的技术足以为氢能的生产、存储、运输和使用提供各种不同的解决方案。就氢气生产而言,除了传统的化石燃料制氢外,还可以采用可再生能源(如光催化分解水、太阳能和风能电解水等)制氢、核能(高温热解水)制氢等多种技术手段。而就氢气的运输方式而言,气态氢气可以通过管道进行长距离运输,而液态氢气(类似于液化天然气)可以选择槽罐车和船舶进行运输。就氢能的利用方式而言,既可以将氢气用于生产电力,也可以将氢气转化为甲烷作为工业生产原料,还可以直接作为交通运输燃料,替代传统的汽油柴油等碳基燃料,减少排放。

2、发展氢能可以更好地发挥可再生能源效力

利用可再生能源(太阳能、风能等)生产氢气,即通过将可再生能源转化为氢气或者含氢燃料等能源载体,一方面能够将可再生能源电力实现稳定长期存储,以平抑可再生能源的长周期波动性和间歇性,有效促进可再生能源消纳,缓解风能、太阳能等可再生能源大规模、高比例接入电网带来的巨大调峰调频压力;另一方面可以通过远距离输运氢燃料或者含氢燃料,实现将可再生能源从资源丰富的地区高效转移到用能负荷中心,有效解决可再生能源供需存在的严重区域错配问题。

三、发展氢能产业面临的四大挑战和机遇

1、氢能产业规模化发展面临的四大挑战

氢能目前应用领域还局限在工业部门,其在交通运输、建筑和发电等其他行业的应用潜力没有得到充分挖掘,主要面临着四大挑战,包括:1)当前利用低碳能源制氢的成本过于高昂;2)氢能相关基础设施(如加氢站数量)发展缓慢严重制约氢能的广泛应用;3)目前规模化制氢主要采用化石燃料制氢,产生了大量的碳排放;4)氢能产业配套的政策法规、监管框架、技术标准亟需完善。

2、氢能产业规模化发展潜在的四大机遇

氢能产业发展面临挑战,但也存在巨大的机遇。IEA通过系统分析指出了氢能产业规模化发展存在四大机遇,包括:1)让工业港口成为扩大绿色氢能应用范围的神经中枢。如今,许多以化石燃料为基础的加氢炼油与化工厂已经集中在世界各地的沿海工业区,比如欧洲北海、北美墨西哥湾和中国东南部沿海等。应该鼓励这些工业园区转向更清洁绿色的氢气生产技术以降低生产总成本。这些庞大的氢供应源还可以为港口的船舶和卡车提供燃料,并为附近的钢铁厂等工业设施提供电力。2)充分利用现有的基础设施,如数百万公里长的天然气管道。引进绿色氢气来替代仅5%的天然气供应量,将大大增加对氢气的需求,并降低成本。3)扩大氢能在交通运输部门的应用。将氢气作为长行驶里程的乘用车和卡车的燃料,使它们在热门路线上载客和载货,可以使燃料电池车辆更具竞争力。4)尽快启动第一条国际氢能贸易海运线路。充分汲取全球液化天然气市场成功增长的经验,必须尽快启动首条国际氢能源贸易海运线路。

四、促进氢能产业快速高质量可持续发展的七大战略性建议

目前氢能产业迎来了前所未有的发展机遇,世界各国政府应该与企业、研究机构等各利益相关方密切合作,推进氢能进一步规模化、多元化应用,充分挖掘氢能的应用潜力。为了帮助各国更好地实现上述目标,报告提出了七大战略性建议:

(1)确立氢能在长期能源发展中的战略性地位。国家统筹规划、地方政府协同配合,将氢能升级到国家能源发展战略高度,做好顶层设计和地方规划,引导氢能产业健康发展。相关企业也应该有明确的长期发展目标。重点发力的行业包括炼油、化工、钢铁、货运和长途运输、建筑、发电和储能领域。

(2)刺激绿色制氢的商业需求。绿色制氢技术是可行的,但降低成本仍具有挑战性。需要制定政策为绿色制氢创造可持续发展的市场条件,特别是减少化石燃料制氢的碳排放,以刺激供应商、分销商和用户的投资。要积极推动扩大对完善供应链的投资,这些投资可以推动成本降低,无论是对低碳电力制氢还是化石燃料制氢都能够起作用。

(3)解决氢能产业投资风险。氢能产业属于新兴发展领域,包括绿色制氢产业和氢能基础设施项目,都属于尚未成熟的高风险投资领域。因此需要营造良好的市场环境,建立有效的投融资机制,构建风险预测分析工具,帮助企业有效规避投资风险,激发企业的投融资活动。

(4)支持基础研究,推动氢能成本进一步降低。除了通过扩大氢能部署规模可以削减成本,基础研究突破对降低成本和提高性能也至关重要,包括燃料电池、氢基燃料和电解槽等。政府对基础研究的积极支持对制定研究议程、承担风险和吸引私人资本促进创新至关重要。

(5)消除不必要的监管障碍,制定技术标准。当监管法规、标准要求不明确(或者不适应新应用领域需求),或者国家和地方之间政策不一致时,项目开发商会感到困惑,发展受到限制。因此要与时俱进完善或者制定监管框架,消除不合时宜的监管条例,制定明确的技术规范和标准,才能有效推进氢能发展。

(6)积极参与国际合作,开展监测跟踪工作。需要全面加强国际合作,尤其是在标准制定、成功案例的经验分享和跨境基础设施建设方面。需要定期监测和报告氢的生产和使用情况,以便跟踪长期目标的进展情况。

(7)重点聚焦上文所述四大机遇,以便在未来10年进一步发挥氢能发展潜力。在现有政策、基础设施和技术的基础上,着重聚焦这些相互关联和促进的机遇有助于扩大基础设施建设,增强投资者信心,降低成本。

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2   2019-11-20 16:00:11.763 IRENA:2018年可再生能源从业人员达创纪录的1100万人 (点击量:11)
6月17日,国际可再生能源机构(IRENA)发布《可再生能源行业从业现状2019》 报告指出,得益于越来越多国家加入到可再生能源发展事业,2018年全球可再生能源行业从业人员较2017年增长了7%,即新增70多万人,使得该行业累计从业人数接近1100万人,创下历史新高。全球可再生能源行业重心持续东移至亚洲,该地区集中了该行业近6成的从业人员;其中,仅中国就有近408万人从事可再生能源行业,占全球该行业从业人员总数近39%。

图1 2012-2018年全球可再生能源行业从业人员数量变化情况(单位:百万人)

从地域来看,可再生能源从业人员集中在几个主要国家和地区,即中国(408万人)、欧盟(124万人)、巴西(113万人)、美国(86万人)和印度(72万人),占全球7成以上。尽管越来越多的国家开始加入到可再生能源行业当中,但可再生能源工作岗位继续向亚洲转移,2018年全球有60%的可再生能源相关工作集中在该地区(图2),尤其是安装与制造方面的工作。2018年中国政府通过减少光伏项目补贴来抑制光伏的过快增长,受此影响,中国太阳能光伏领域从业人员数量从2017年的222万人减少到了2018年的219万人,同期其他可再生能源技术领域从业人员数量则保持稳定;基于上述情况,2018年中国可再生能源行业整体从业人员数量降至408万人,但其依旧是全球可再生能源第一就业大国,占据全球可再生能源行业从业人员39%的份额。欧盟可再生能源从业人员数量居全球第二,2018年为124万人,与去年持平;其中德国以29万人成为欧盟可再生能源从业人员最多的国家,英国以11万人紧随其后;固态生物质(从业人员39万人)、风电(31万人)和太阳能光伏(10万人)是欧盟主要的可再生能源从业行业。受到生物燃料和光伏行业蓬勃发展的驱动,巴西可再生能源行业从业人数增长至113万人,其中生物燃料仍旧是巴西提供就业岗位最多的领域(83万人),占到了可再生能源从业人数总量的73%。美国可再生能源从业人员增长至近86万人,主要是由于生物燃料和风能产业的稳步发展。生物燃料、太阳能光伏和风电是其提供就业岗位最多的可再生能源领域,生物燃料从业人员达31万人,太阳能为24万人,风电为11万人。印度可再生能源行业从业人员规模大幅扩张,从2017年的43万人增长到了2018年的72万人,其中水电行业是第一大雇主,提供了35万个岗位,其次是太阳能光伏(11.5万个),风电以6万个岗位排名第三。

图2 2018年全球主要地区可再生能源行业从业人员数量(单位:千人)

从技术领域来看,2018年太阳能光伏产业依然是可再生能源最大的就业领域,其在制造、安装、维护及运营等方面共创造了近360万个就业岗位,同比增长6%。亚洲是全球最大的光伏市场,从业人数达到300万人,占全球光伏行业从业人员总量的85%。北美以6.4%的份额紧随其后,而非洲和欧洲分别以3.9%和3.2%排名第三、四位。中国光伏从业人数为220万人,占全球光伏从业人员总量近三分之二,是全球光伏从业人员最多的国家;美国(23万人)和日本(25万人)从业人数均出现下滑情况,但即便如此,两国依旧是第二、第三大光伏就业市场。而欧盟则继续呈现下滑态势,下降5%至9万人,主要原因是欧盟光伏装机增长持续放缓。生物燃料行业从业人员总数较去年增长了6%,达200万人,大部分的工作集中在农作物原料供应链领域(生物质原料种植和收集)。拉丁美洲是生物燃料从业人数最多的地区,占全球生物燃料行业从业总人数的近50%,其次是亚洲(23%)、北美(16%)和欧洲(10%)。2018年风电行业从业人员数量较去年小幅增长1%至116万人,与光伏产业类似,大部分从业人数都集中在少数的几个国家/地区。其中仅中国风电从业人员数量就占到全球风能从业总量的44%,其次是欧洲和北美,分别占28%和10%。水力发电行业从业人数同比增长3%至200万人,分布于价值链的不同环节,其中运维环节从业人数最多(占比70%),其次是建造和安装环节占比23%,制造环节占比5%。印度超越中国成为全球水电从业人员数量最多的国家,占全球的17%,中国降至15%位列全球第二,巴西(10%)、越南(6%)和巴基斯坦(5%)分列三到五位。太阳能供暖和制冷行业从业人员数量降至80万人,主要集中在亚洲市场,该地区从业人员数量占全球同行业的88%。中国、美国、土耳其、德国和巴西是太阳能供暖和制冷行业主要的五大就业市场,五国共计提供了全球93%的就业岗位。

图3 2018年全球可再生能源不同行业从业人员情况(单位:千人)

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3   2019-11-20 16:11:25.577 REN21:全球各国亟需强化可再生能源政策支持力度 (点击量:15)
6月18日,21世纪可再生能源政策网络(REN21)发布《全球可再生能源现状报告2019》 指出,技术进步导致成本下降、专属政策支持等诸多因素正在推动可再生能源在全球范围内的蓬勃发展,可再生能源电力供应量不断增加。2018年,全球可再生能源新增装机181 GW,连续四年超过化石能源和核能新增装机容量之和。尽管取得了长足进步,但由于近年来可再生能源政策发展缓慢(如可再生能源政策严格性降低、新的可再生能源政策出台数量有限等),导致可再生能源发展速度减缓、能效改善步伐放慢、碳排放增加,全球能源转型面临严峻挑战。因此为了确保可再生能源的可持续健康快速发展,各国必须在能源各个领域制定出稳定连续、目标明确的政策规划。报告要点如下:

2018年全球可再生能源新增装机容量再创新高,达181 GW(图1),较2017年增加约8%,使得全球累计装机达到2378 GW。其中,太阳能光伏一马当先,新增装机首次达到100 GW,超过燃煤、天然气和核电新增装机容量之和,其在全球新增装机总量的占比最高,约55%。紧随其后的是风电(29%)和水电(11%),新增装机依次为51 GW和20 GW。截至2018年底,可再生能源提供了全球超过四分之一(26.2%)的电力来源,其中水电占比最大为15.8%,风电(5.5%)和光伏发电(2.4%)紧随其后,生物质发电则以2.2%排名第四,其余来自海洋能发电、太阳能热发电和地热发电。2018年,实现高比例(超过20%)可在生能源并网的国家数量进一步增加,目前全球有9个国家的可再生能源发电量超过了全国总发电量的20%,包括丹麦、乌拉圭、爱尔兰、德国、葡萄牙、西班牙、希腊、英国、洪都拉斯,其中丹麦是全球并网程度最高的国家,高达51%,乌拉圭和爱尔兰分别以36%和29%分列二、三位。上述情况表明,通过电网互联、系统耦合以及相关技术(如信息通信技术、储能系统、热泵等)的支持措施,完全可以在电网稳定性无损的前提下实现高比例的可再生能源并网。

图1 2012-2018年不同可再生能源技术装机容量发展态势(单位:GW)

与电力部门不同,当前各国对可再生能源制冷和供暖关注度不够,导致政策支持力度不足,使得2018年供暖制冷部门的可再生能源转型进展速度依旧缓慢。全球供暖和制冷领域的终端用能主要还是依赖传统化石能源(占比40%),只有25%来自可再生能源,且大部分来自传统生物质能,仅10%来自现代可再生能源,包括太阳能热利用和地热等。当前,全球有169个国家制定了电力行业的可再生能源发展目标,而只有47个国家制定了供暖和制冷领域的可再生能源发展目标。总体而言,由于政策支持力度匮乏,可再生能源在供暖制冷领域的应用进展不甚理想,亟需技术创新和加大政策扶持力度。

与制冷和供暖情况类似,可再生能源在交通运输部门的渗透率仍然很低。2018年可再生能源占道路交通燃料用量比例较2017年(3%)微弱上升至3.3%,液体生物燃料仍是主要贡献力量(3%),其余来自可再生能源电力。尽管当前可再生能源在交通运输用能中的占比较低,但随着交通电气化的进一步推进,将得到进一步发展。例如,全球电动汽车部署规模不断扩大,与2017年相比,全球电动客车保有量增加了63%,且越来越多的城市开始采用电动客车。此外,铁路、航空和海运也出现了一些积极的迹象,上述领域也出台了众多支持可再生能源发展的新目标和倡议。但总体而言,对交通部门可再生能源应用的政策支持力度还低于电力部门,需要进一步强化。

截至2018年底,全球几乎所有的国家都在国家/地方层面出台了可再生能源支持政策,其中至少有169个国家制定了可再生能源目标,其中65个国家甚至制定了100%的可再生能源电力目标(表1)。电力部门仍是决策者主要关注的领域,该领域出台可再生能源相关监管政策的国家数量是交通运输领域的1.9倍,是供暖制冷领域的6.8倍。电力招标制近年来获得了越来越多的关注,开展了可再生能源电力招标的国家数量从2017年的29个增加到了2018年的48个。交通运输和供暖制冷部门对可再生能源的支持力度远低于电力部门,截至2018年底,只有47个国家制定了可再生能源供热制冷目标,45个国家制定了可再生能源交通运输发展目标。截至2018年底,135个国家将建筑能效纳入到国家自主贡献政策文档中,69个国家针对建筑用能制定了强制性的能效指令,44个国家制定了碳排放交易政策。

表1 2017-2018年全球可再生能源发展部分统计数据

除了国家层面,一些城市也在积极制定可再生能源宏伟发展目标,成为可再生能源发展中不断增长的强大动力。大量案例分析显示,这些城市所开展的投入和行动已经超越了国家、州/省级别所实施的措施。超过100个城市的可再生能源发电占比不低于70%(如肯尼亚的内罗毕、坦桑尼亚的达累斯萨拉姆、新西兰的奥克兰、瑞典的斯德哥尔摩和美国的西雅图),至少50个城市落实了包括发电、供暖、制冷和运输等行业的可再生能源发展目标。

2017年,全球可再生能源(不包括50 MW以上的水电项目)投资总额近2890亿美元(图2),再次超过化石燃料和核电投资总和,投资的主要流向仍为风能(1342亿美元)和太阳能光伏(1397亿美元)。持续的投资创造了更多的就业岗位,截至2018年底,全球范围内可再生能源行业从业人数达1100万人;光伏(360万人)、液体生物燃料(206万人)、水电(205万人)和风电(116万人)是主要的就业大户(表2)。可再生能源不仅能解决化石能源领域的失业难题,同时也会成为全球经济的主要驱动力。

图2 2008-2018年全球可再生能源(不包括50MW以上的水电项目)投资发展态势(单位:十亿美元)

表2 2018年主要国家不同可再生能源部门从业人员数量情况(单位:千人)

总体而言,受益于政策支持和技术进步,2018年全球可再生能源行业再次取得一定的发展,但总体发展速度仍较慢,其在终端能源消费中占比仅为10.6%(不包括传统生物质),远低于化石能源占比(79.7%)(图3,2017年数据)。同期,受到经济强劲增长(+3.7%)影响,全球能源需求增加了1.2%,而能效改善却减缓了(-2.2%),导致全球能源相关的CO2排放量增长了1.7%。

图3 2017年不同能源资源在全球终端能源消费中的占比

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4   2019-11-20 16:15:28.373 欧盟成立1亿欧元基金支持清洁能源技术创新 (点击量:12)
5   2019-11-20 16:18:41.877 DOE资助4450万美元开展先进非常规油气开采技术研发 (点击量:5)
6月26日,美国能源部(DOE)宣布资助4450万美元开展非常规石油和天然气(非常规油气)资源先进开采技术研发项目 ,旨在提升非常规油气资源的采收率,最大化美国非常规油气资源的价值,保障美国能源供应安全,促进经济可持续发展。本次资助主要聚焦两大主题,包括:(1)提高非常规油气资源的采收率;(2)提高对新兴非常规技术的运用。具体内容参见表1。

表1 非常规油气资源先进开采技术研发项目具体内容

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6   2019-11-20 16:20:33.947 DOE资助800万美元研发高效轻量化风力涡轮发电机 (点击量:7)
7月3日,美国能源部(DOE)宣布资助800万美元支持下一代风力涡轮机传动技术研发 ,旨在开发更高效、更小、更轻的风力发电机,满足风力涡轮机向更大尺寸和更大容量(10 MW以上)的发展需求,提升风力发电效率,降低发电成本,进一步改善风电经济效益。本次资助主要聚焦两大主题,具体内容参见表1。

表1 高效轻量化风力发电机技术研发项目具体内容

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7   2019-12-01 17:37:56.623 日本开发全球首个电池电流密度分布无损成像系统 (点击量:7)
相关研究表明,蓄电池产品发生起火事故的原因之一是蓄电池内部的电流密度在空间上分布不均匀,且这种情况随着蓄电池的充放电次数增加逐渐变得严重,最终导致短路诱发局部热量聚集并起火。因此,开发一种能够对蓄电池的电流密度分布情况进行无损高分辨率成像的技术意义重大。

日本神户大学联合Integral Geometry Science公司成功开发出了全球首个能够对蓄电池电流分布进行实时无损成像的系统,实现了对蓄电池内部电流密度分布情况的高分辨率图像诊断,能够及时检测出电流密度分布不均匀的电池产品,有助于避免起火事故的发生,提升电池使用的安全性。变化的电场产生磁场,而变化的磁场则会产生电场,基于上述的基本原理,研究人员设想通过测量电池电极电流流过时周围产生的磁场空间分布情况,反演推导出蓄电池内部的电流密度分布。由于蓄电池的正极与负极之间的距离与电池的电极尺寸相比可被以认为是无限小,因此可以认为蓄电池内流动的三维电流被封闭在两个互相平行的薄平板之间,可以将上述电流作为蓄电池静磁场方程式中一个参量进行解析。为了能够实现对上述磁场分布到电流密度空间分布的反演,研究人员开发了一种二维排列磁传感器装置,可实时测量磁场空间分布特性,并能够根据测量的磁场空间分布数据进行逆向解析(即磁场空间分布数据解析反演出电流密度的空间分布),从而实现对电流密度分布情况得实时无损成像。Integral Geometry Science公司计划在两年内正式上线销售上述成像系统,部署到所有的电池制造生产线,实现对所有电池产品的电流密度分布情况的无损检测,降低电流分布不均诱发的起火安全事故概率,提升电池使用的安全性。

该项研究成功开发了全球首个蓄电池电流密度无损成像系统,通过解析蓄电池内部的电流流动时在电池外部产生的磁场空间分布情况,反演推导出内部的电流分布,进而进行无损成像,有助于降低电流分布不均诱发的起火安全事故概率,提升电池使用的安全性。相关研究成果公布在新能源产业技术综合开发机构(NEDO)官方网站 。

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8   2019-12-01 17:43:57.793 离子液体添加剂抑制离子迁移提升钙钛矿电池稳定性 (点击量:14)
有机金属卤化物钙钛矿太阳电池具有制备工艺简单、光电转换效率高、成本低廉等优点,被视为最有希望替代晶硅太阳电池的下一代光伏技术。然而器件的长程稳定性(如光照和热作用下诱发钙钛矿活性层中的离子迁移导致钙钛矿成分分解)制约了该电池技术的商业化应用,因此改善钙钛矿太阳电池器件不稳定性是当前的研究热点之一。

牛津大学的Henry J. Snaith教授课题组联合瑞典林雪平大学研究团队将离子液体加入到钙钛矿薄膜中,不仅提高了器件效率,还有效抑制了离子迁移,显著提高了器件的长期稳定性,使钙钛矿太阳电池向商业化迈进了关键一步。研究人员将不同摩尔比(0-0.9%相对铅元素而言)的1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(BMIMBF4)离子液体加入到钙钛矿前驱体中,通过旋涂法沉积在涂覆有氧化镍(NiO,作为空穴传输层)薄膜的导电玻璃上,随后在钙钛矿薄膜上逐步沉积富勒烯衍生物C61(电子传输层)、浴铜灵(BCP)缓冲层和金(Au)电极,形成倒置结构平板型钙钛矿太阳能器件。通过分析器件的电流-电压曲线发现,当BMIMBF4离子液体添加量达0.3%时,器件性能最优,其稳态光电转换效率(SPO)达到20%,而没有添加BMIMBF4离子液体的器件SPO仅为18.7%。对钙钛矿薄膜X射线衍射表征显示,相比无BMIMBF4离子液体样品,含有BMIMBF4离子液体的钙钛矿薄膜衍射峰强度增加,表明结晶性增强;扫描电镜显示含有BMIMBF4离子液体的钙钛矿薄膜晶粒尺寸增大,与X射线结果相互映衬。而X射线光电子谱(XPS)测试结果发现,BMIMBF4离子液体钙钛矿薄膜带隙发生了小幅变动,其与NiO和C61带隙匹配性变得更好,意味着其电子和空穴的抽取效率更高,这也解释了电池器件性能改善的原因。进一步的光致发光谱测试显示,没有BMIMBF4离子液体的钙钛矿薄膜出现了荧光淬灭现象,这是离子迁移所致;相反,含有BMIMBF4离子液体的钙钛矿薄膜则没有出现荧光淬灭,表明了BMIMBF4引入有效地抑制了钙钛矿薄膜中的离子迁移。接着在60-65℃(湿度40-50%)、一个太阳的全光谱辐照下,开展稳定性测试,实验结果显示无BMIMBF4离子液体钙钛矿薄膜仅仅72小时就从黑色变成了黄色,意味着钙钛矿成分分解;相反,含有BMIMBF4离子液体的钙钛矿薄膜依旧保持黑色,只出现了微量的碘化铅(PbI2),表明其稳定性得到了增强。最后研究人员在相同条件下对未封装电池器件开展稳定性测试,无BMIMBF4离子液体钙钛矿电池连续工作100小时后效率就基本降至零;而含有BMIMBF4离子液体的钙钛矿电池则仍可保持86%的初始效率。接着对含有BMIMBF4离子液体的钙钛矿电池进行封装测试,且进一步提升了测试环境严苛性,将温度增加到70-75℃,结果显示连续运行超过1800小时后,器件的性能仅下降了5%左右,在此基础上计算预测器件下降到初始效率的80%,所需的时间至少要5200小时,展现出优异的稳定性。

该项研究通过在钙钛矿薄膜中引入离子液体,有效地抑制了离子迁移,极大提高了钙钛矿太阳电池长期运行的稳定性,其改善方法简单,具有广泛普适性,能够延用到其他类型的钙钛矿太阳电池器件中,为钙钛矿太阳电池从实验室走向商用奠定了关键一步。相关研究成果发表在《Nature》。

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9   2019-12-01 17:49:24.333 日本开发全球首个可见光响应的酸性硫化物产氢催化剂 (点击量:9)
传统的裂解水产氢催化剂在紫外波段有良好的光催化产氢能力,但不具备(或者只有微弱的)可见光响应能力。导致太阳能光谱利用率较低,产氢效果不佳。酸性硫化物半导体材料作为新一代光催化剂材料具备良好的可见光响应特性,但其在光照射下在水中自身容易分解,存在不稳定性,因此一直没有该催化剂实现稳定产氢的成功研究案例。

由日本东京大学Kazunari Domen教授课题组牵头的国际联合研究团队成功开发出了全球首个能够利用可见光将水稳定分解成氢气和氧气的非贵金属酸性硫化物光催化剂,能够有效地吸收利用640 nm以下(600 nm左右是太阳光中强度最高的波长范围)的太阳光实现稳定裂解水产氢,有助于大幅提升太阳光利用率和降低产氢成本。研究人员首先通过固态反应制备了酸性氧化物硫氧钛镱(Y2Ti2S5O2),X射线衍射表征显示产物为四方相,扫描电镜测试显示产物组成颗粒单元属于微米级别,平均尺寸为1-2 µm。紫外可见光谱测试表明Y2Ti2S5O2光吸收谱截止点在650 nm左右(即带隙宽度约1.9 eV),对可见光有良好的响应。莫特-肖特基曲线显示,Y2Ti2S5O2导带比水还原电势更负(产氢反应),而平带比水的氧化更负(析氧反应),即Y2Ti2S5O2带隙结构满足了裂解水产氢的动力学要求。接着研究人员利用化学吸附方法和两步光沉积法依次在Y2Ti2S5O2表面吸附上氧化铱(IrO2)纳米颗粒和均匀沉积氧化铬/铑(Rh/Cr2O3)纳米薄膜,即在Y2Ti2S5O2表面附上共催化剂以进一步提升催化活性。随后将上述共催化剂修饰的Y2Ti2S5O2置于硫化钠-硫酸钠溶液中(并调节了溶液的PH值为8-9左右)进行催化活性测试,结果发现催化剂能够有效吸收波长640nm以下的阳光并成功实现水的分解,进一步计算结果显示在420-480 nm之间氢气量子产量为5.3%,析氧的量子产率为2.3%;催化反应连续进行20小时后,仍可保持81%的初始光催化活性,表现出良好地稳定性。这是全球首次利用酸性硫化物光催化剂成功实现可见光驱动的裂解水产氢的研究案例。

该项研究设计制备了一种新型的酸性硫化物催化剂,通过共催化剂引入和反应条件优化,能够有效吸收波长小于640 nm的太阳光,实现稳定的分解水产氢析氧,为低价高效产氢提供了新的技术方案。相关研究成果发表在《Nature Materials》

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10   2019-12-01 17:53:05.417 无负极的双盐液态电解质锂金属电池展现长循环寿命 (点击量:9)
锂金属电池因为具备了比传统锂离子电池更高的能量密度,被认为是最具发展潜力的下一代电池技术。然而锂枝晶生长导致电池性能寿命衰退,锂过量使用限制了能量密度的提升,阻碍了该电池技术的实际应用。解决枝晶问题的传统思路是采用固态电解质替代液态电解质,但是目前效果甚微;而减少锂的用量更是困难重重。

加拿大达尔豪斯大学的J. R. Dahn教授课题组设计了一种基于无负极(即负极只采用铜集流体,锂在第一个充电循环时从正极分解出来沉积到铜集流体表面形成锂金属层充当电极)和液态双盐电解质的锂金属电池,实现了90余次的稳定循环,是迄今为止无负极锂金属电池的最长循环寿命。由于没有使用过量的锂,因此电池体积可最小化,能量密度也实现了最大化。此外,由于利用的是传统液体电解质,意味着可以利用现有成熟的锂电池生产线快速投入生产,大幅降低时间(开发新固态电解质)和经济成本。研究人员分别制备了六氟磷酸锂(LiPF6)、六氟硼酸锂(LiBF6)单盐液体电解质和二氟(草酸根)合硼酸盐((LiDFOB)/LiBF4)双盐液体电解质,随后以上述电解质分别组装三种无负极的锂金属电池器件。容量保持测试显示采用单盐电解质的电池器件仅仅经过不到15次循环后容量便下降到80%以下,而采用双盐电解质的电池器件经过50次循环后依旧保持了97%的初始容量,循环80余次仍旧可以保持80%的初始容量,这是目前为止无负极锂金属电池的最长循环寿命。为了探明潜在的作用机制,研究人员采用扫描电镜对循环前后的电池电极进行表征,发现采用单盐电解质的电池电极出现了大量的锂枝晶;相反,采用双盐电解质的电池电极循环后表面没有观察到锂枝晶,而依旧呈现光滑的形貌,是由直径为50 μm紧密堆积的锂畴组成。研究人员进一步采用核磁共振(NMR)观察双盐电解质在循环过程中变化情况,发现电解质盐在循环过程中连续被消耗,这是电池稳定性逐步变差的重要原因,而这也是研究人员下一步将重点开展的工作,即优化液体电解质,有效抑制消耗,进一步提升电池循环稳定性。上述实验结果表明,使用目前已经成熟的液体电解质体系可以实现锂金属电池的稳定循环,而这有助于借用现有的成熟生产流水线快速投入生产,以降低成本。

该项研究设计了双盐液态电解质并在此基础上制备了无负极锂金属电池,实现了无负极锂金属电池迄今最长的循环寿命,表明了采用当下成熟的液态电解质也可以实现锂金属电池的稳定循环,而这意味着现有的制造设备可快速投入使用,大幅降低生产成本,有助于加快锂金属电池的商业化进程。相关研究成果发表在《Nature Energy》。

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11   2019-12-01 17:56:55.237 IEA:2020年全球石油需求预计温和上涨至140万桶/天 (点击量:3)
表1 2018至2020年全球石油需求(单位:百万桶/天)*

* 包含生物燃料

2、欧佩克国家原油持续减产,非欧佩克国家产量大幅上升

为了降低石油库存,抑制2018年第四季度的油价回落,欧佩克(OPEC)、俄罗斯和其他几个非OPEC国家(OPEC+)从2019年1月开始减少产量120万桶/天,5月份其石油产量比目标产量(4430万桶/天)低了53万桶/天,其中OPEC国家石油产量则降至2995万桶/天,为五年来最低,减产达标率达到133%。因此,当月全球石油供应量减少了10万桶/天至9950万桶/天,比去年11月的峰值产量降低了近300万桶/天。然而,在美国产量增长的推动下,5月份非OPEC国家石油供应量增加了13万桶/天至6397万桶/天,与去年同期相比增加210万桶/天,因此全球石油供应量仍同比增长了62万桶/天。IEA预计,2019年非OPEC国家石油供应量将增加190万桶/天,美国(增加170万桶/天)将贡献其中的90%,2020年非OPEC国家石油供应量将增加230万桶/天,美国增速则将放缓至120万桶/天。2020年,对OPEC原油的需求将降至2930万桶/天,比2019年5月的产量水平低65万桶/天。假设没有重大地缘政治冲击,2020年非OPEC国家石油供应的增长足以满足可能的石油需求,OPEC国家的备用产能将达320万桶/天,这将限制油价的上行。

3、2019年炼油厂原油加工量创新低,2020年增量则将翻番

2019年5月全球炼油厂原油加工量仅为8040万桶/天,环比下降90万桶/天,同比下降80万桶/天,是自2017年3月以来的最低水平。5月份美国炼油厂原油加工量环比增加37万桶/天,但同比下降28万桶/天,且比去年12月少了70万桶/天,预计2019年第二季度原油加工量将同比下降10万桶/天。2019年4月非OECD国家炼油厂原油加工量同比增长仅24万桶/天,预计2019年的增长量为50万桶/天。4月份中国炼油厂原油加工量达到了创纪录的1260万桶/天,同比增长44万桶/天,印度的原油加工量则下降了28万桶/天,但仍同比增长19万桶/天。全球原油加工量季节性变化的幅度正逐年增加,预计2019年5月和8月之间的差距为420万桶/天,而去年则为330万桶/天。这种季节性增长主要集中在西半球,以美国和欧洲为首的大西洋盆地的炼油厂每月原油加工量将增加90万桶/天。2019年至2020年期间新增产能将达到350万桶/天,预计2020年的原油加工量增长将是2019年(50万桶/天)的两倍。

4、2019年前4个月OECD国家石油总库存始终高于近五年均值,5月美国原油库存大幅增加

2019年4月OECD国家工业石油库存环比增长1580万桶至28.83亿桶,与2019年初几乎持平,增速保持了近五年平均水平(1520万桶/月),但总库存仍比近五年平均库存高1630万桶。4月份原油库存增加了1280万桶达到11.34亿桶,是自2017年11月以来的最高水平。1-4月OECD石油总库存始终高于近五年平均水平。由于美国原油出口量和炼油厂原油加工量下降,OECD美洲原油库存增加了1680万桶,而OECD欧洲、亚洲和大洋洲的原油库存分别增加了140万桶和270万桶。5月份美国石油总库存大幅增加5110万桶,主要原因是原油库存反季节性增加了1380万桶。日本石油总库存增加了880万桶,而欧洲由于炼油厂加工量下降导致石油产品库存减少了760万桶,但其原油库存增加了610万桶,因此总库存减少150万桶。

5、原油期货价格扭转上涨态势后震荡下跌

原油期货价格在2019年4月达到今年高点以来一直处于下行趋势,尽管供应紧缩和地缘政治局势紧张,对全球经济放缓的预期仍导致布伦特(Brent)原油价格和美国西得克萨斯中质原油(WIT)价格在5月分别下跌1.33美元/桶和3美元/桶,相比4月的峰值价格下降了20%。然而,布伦特原油价格仍处于现货溢价状态,表明市场供应紧张。

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