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日本研發電池分析技術 鋰電池性能有望大幅提升

近日，日本日產汽車公司及其全資子公司——日產分析與研究中心宣布，通過其研發出的電池分析技術，可以直接觀察鋰離子電池正極材料在充電和放電過程中的電子活動，從而進一步研究和設計更高性能的電池材料，以期研發出容量更高、壽命更長的電池，提高電動車的續航能力。

近年來，如何提高純電動車的電池容量已成為科學界的重要課題。在現有的電池技術理念中，要研發高容量、長壽命的鋰離子電池，需要在電極的反應材料中盡量多儲存鋰，這樣反應材料才能產生盡可能多的電子。而要研發這種材料，精確觀察電池內部的電子活動是至關重要的。由于傳統的分析技術無法直接觀察電子的運動，因此無法定量識別電極活性物質（錳、鈷、鎳、氧等）中什么元素可在多大程度上釋放電子。

日產分析與研究中心、東京大學、京都大學以及大阪府立大學的聯合研究成果使這一長期存在的課題——探明充放電時電流的起源并定量把握，“全球首次”獲得了解決（日產汽車）。新研發的電池分析技術能夠精確地描述在充電及放電過程中，電子是如何從鋰離子電池正極材料的特定元素中被釋放出來的，有助于幫助科學家了解充放電過程中電子的來源，這為未來研究性能更好、壽命更長的電極材料拓展了空間。

新研發的電池分析技術結合了X射線吸收光譜中的L吸收限和日本超級計算機——地球模擬器提供的第一性原理計算法。X射線吸收光譜作為一種分析原子內部結構和電子狀態的方法，曾用于分析電池內部的電子活動，但大部分分析僅限于通過應用K吸收限觀察原子中受抑制的電子（即由于接近原子核而被束縛在原子內，不參與充電放電的電子），無法觀察電解反應中實際參與的電子。此次，研究人員在此環節做了技術層面的融合，通過利用L吸收限的X射線吸收光譜，成功地觀察到直接參與電解反應的電子，再結合地球模擬器的計算處理，便可精確分析出電子運動的數量。

日產分析與研究中心已經將新分析技術應用于研發富含鋰離子的正極材料，結果發現：在高電位狀態下，屬于氧的電子有益于充電反應；在放電時，屬于錳的電子有益于放電反應。這種材料有望將電池的能量密度提升150%。日產高級副總裁兼日產分析與研究中心總裁高尾麻美表示：“這項分析技術的誕生意味著我們朝著高容量的下一代鋰離子電池研發又邁進了重要一步，純電動車滿電狀態下的行駛里程將大幅提升。”以日產聆風為例，未來如果新電池技術投入使用，聆風的續航里程很可能會接近500公里（2014款聆風的續航里程約為200公里）。新的電池分析技術不僅會進一步推動日產公司在電動車領域的發展，對于整個電動車行業的發展也將發揮重要作用。

日本推出更薄的鋰電池外裝材料和集電體用不銹鋼箔

日本新日鐵住金材料公司前不久宣布，對用于鋰離子蓄電池外裝材料和集電體的不銹鋼箔成功實施了薄型化。該公司在2013年2月就宣布開發出了用于鋰離子蓄電池的不銹鋼箔，此次擴充了產品線。

該公司的不銹鋼箔有兩個產品群，分別是可用于電池及電容器外裝材料、貼有樹脂膜的復合不銹鋼箔“LAMINELIGHT”，和用于鋰離子蓄電池正負極集電體的“高強度極薄壓延不銹鋼箔”。

LAMINELIGHT支持彎曲加工及沖壓加工

LAMINELIGHT的目標是取代使用鋁殼的方型電池組件以及使用鋁箔的層壓型電池組件的外裝材料。之前最薄的是不銹鋼箔厚度（基材厚度）為15微米、與樹脂膜的合計厚度為51微米的產品。新日鐵住金材料此次推出了總厚度為41微米的產品。新產品的基材厚度仍為15微米，主要是通過改進樹脂膜材料實現了薄型化。新產品“完全能承受彎曲加工及沖壓加工”，而2013年發布的厚度為51微米的產品，“只有在封裝時不需沖壓等加工的前提下，才能實現51微米的最小厚度”。

據新日鐵住金材料介紹，目前有很多電池廠商在對LAMINELIGHT進行評測，預計將在2014年下半年到2015年之間正式開始量產。預定月產量為50萬平方米左右，月銷售額為數億日元。LAMINELIGHT首先將面向消費類產品用鋰離子蓄電池用途銷售，將來還要應用于車載電池。

據介紹，不銹鋼的強度和剛性比鋁合金更高，所以承受外部沖擊的能力更強。而且，不銹鋼箔可以焊接，因此可大幅降低水分透過量。“尤其是車載電池，對這種‘隔水性’的要求很高”。現在的課題是成本，目前不銹鋼箔的成本“高達鋁箔的3～5倍”。

集電體不銹鋼箔的厚度減至8微米

此前，新日鐵住金材料的集電體用高強度極薄壓延不銹鋼箔是厚度為10微米的產品，此次該公司開發出了厚度減至8微米的薄型產品。不銹鋼箔既可以用于正極也可以用于負極，如果負極活性物質采用可實現高電容的硅合金的時機成熟，強度更高的不銹鋼箔就有望替代原來的銅箔。

此外，新日鐵住金材料還在開發厚度為6微米的鍍鎳普通鋼箔。這種材料主要用于負極。由于是對鋼材施以鍍鎳處理后再進行壓延，因此具有“界面不容易脫落”的特點。

美國科學家研制出新型低溫燃料電池

雖然由甲醇或氫供電的低溫燃料電池已經得到廣泛研究，但由于缺少對聚合物材料的有效催化系統，現有的低溫燃料電池技術不能直接使用生物質作為燃料。近日，美國佐治亞理工學院的科學家研制出一種新型低溫燃料電池，在催化劑的幫助下通過激活太陽能或熱能，可以將生物質直接轉化為電能。這種燃料電池可以使用各種生物質原料，包括淀粉、纖維素、木質素、柳枝、粉狀木材、微藻等等。該設備可在發展中國家為小規模單位提供電力，并在生物質數量豐富的地區為大型設施提供電力。該項研究成果已發表于《Nature Communications》雜志上。

研究人員介紹，他們開發的這種新方法可以在室溫下處理生物質，并且生物質的類型不受限制。這是一種非常通用的方法，可以利用各種生物質和有機廢棄物發電，而且不需要對原料進行純化。生產生物質燃料電池的挑戰是，生物質中的碳-碳鍵不能被常規的催化劑（包括貴金屬）分解。為了解決這一問題，科學家們開發出了微生物燃料電池，其中的微生物或酶可以分解生物質。但是從這種電池中輸出的功率是有限的，微生物或酶只能選擇性地分解特定類型的生物質，而且生物系統在很多因素下會失效。佐治亞理工學院的科學家通過改變其化學反應，允許外部能源激活燃料電池的氧化-還原反應來解決這些問題。

在這個新系統中，生物質被碾碎，并與多金屬氧酸鹽(POM)催化劑溶液混合在一起，然后暴露在太陽光下或者進行加熱。作為一種光化學和熱化學催化劑，POM既可用作氧化劑又可作為電荷載體。POM在光和熱輻射下氧化生物質，并將電荷從生物質運送到燃料電池的負極。這些電子隨后被輸送到正極，并最終通過外部電路被氧化產生電。

研究人員解釋，如果在室溫下混合生物質和催化劑，它們是沒有反應的，但是將它們暴露在光或熱下，反應就開始了。POM引入了一個中間步驟，因為生物質不能直接接觸到氧。該系統具有很多優點，它引導了高太陽能轉化和有效生物質降解。這個過程中沒有使用貴金屬作為負極催化劑，因為燃料的氧化反應是由POM溶液催化的。而且，由于POM化學性質穩定，燃料電池可以使用未純化的聚合生物質而不用擔心貴金屬負極中毒。該系統可以使用水溶性生物質或有機材料懸浮在液體中。在實驗中，燃料電池運行了長達20小時，這表明POM催化劑不需要進一步處理就可以重復利用。

在論文中，研究人員報告其最大功率密度為0.72毫瓦/平方厘米，這比基于纖維素的微生物燃料電池高出近100倍。科學家們認為當這一過程優化后，其輸出量還可以提高5～10倍。

美國康普公司提供戶外氫燃料電池備用電源

通信網絡基礎設施解決方案的全球領導者——美國康普公司，前不久提供了一套氫燃料電池解決方案，為北美地區的中小型企業提供可靠的備用電源。

氫燃料電池可以不經由燃燒過程直接將化學能轉化為電能，可為商業建筑提供高效、可靠、持續的備用電能，唯一的副產物是熱和少量的水，并且不需要昂貴的定期維護。康普公司提供的備電方案使用質子交換膜氫燃料電池，可安置于室外的安全柜中以免受環境影響，其尺寸接近一個電話亭的大小，與市場上其他備電方案相比占地更小。康普戶外燃料電池機柜可為客戶的業務計算系統提供長達16小時的可靠而環保的備用電力。據康普介紹，這套方案是銀行、大型零售商和其他商業機構的明智選擇，無論何時電力不足，都不會中斷業務系統操作。這一方案是康普與Hydrogenics公司在現有合作基礎上實現的，后者是工業及商用氫能系統設計、制造、建設和安裝領域的全球領先企業。

這種替代能源的解決方案已陸續在電信行業展開應用。電纜電信工程師協會在其賓夕法尼亞州Exton總部部署了一個類似的解決方案，為數據中心提供備用電源。2011年颶風“艾琳”和2012年颶風“桑迪”來臨時，氫燃料電池解決方案被緊急投入使用，在惡劣的天氣條件下，燃料電池提供了充足的后備電能，直到供電恢復正常。有線電視產業非營利性的研發聯盟CableLabs(R)，在科羅拉多州路易斯維爾總部也部署了該方案，為其主機前端和電纜調制解調器終端系統提供16小時的可靠、環保的備用電力。

康普計劃將該燃料電池備電方案進一步推廣，并招募更多合作伙伴協助客戶進行備電系統的規劃、安裝、調試和日常維護。

日本擬建清潔能源“智能小鎮”

日本東麗建筑有限公司和靜岡氣體有限公司聯合宣布，將在靜岡市東部地區建設一座“智能小鎮”。

這座小鎮將使用太陽能發電系統，并結合可充電電池，同時還將采用“Ene-Farm”（能源農場）型家用燃料電池系統。小鎮第一期和第二期工程將分別于2016年和2017年完工，屆時將有公寓和獨戶住房供居民選擇。

太陽能系統和可充電電池在正常情況下可用于儲電及緊急供電。在公寓樓里，電力系統用于滿足所有用戶的用電需求，而燃料電池系統則用于為用戶單獨供電。Ene-Farm系統能根據用戶需求發電，但其最大輸出功率僅為750瓦，一旦用電負荷超過其最大輸出功率，就必須向外部系統購電。當用戶的用電需求超標，公寓中的其他Ene-Farm系統可及時發電以對其進行補償。如果所有系統滿負荷運行仍不能達到用戶需求時，系統可接通外部電網，從而滿足用電需求。

這項計劃預期能將公寓樓的購電需求降低60%，同時促進能源自產自銷，從而達到節能的目的。公寓供電系統由靜岡氣體有限公司開發，被命名為“T-grid System”。盡管這套系統早已在公司試點使用，但這是日本第一次嘗試將該系統投入民用市場。

美國科學家利用太陽電池制備氫氣

一直以來太陽能被認為是能夠替代煤和石油等化石能源的清潔能源，但太陽能卻只能在光線最強的白天進行利用。美國能源前沿研究中心教堂山分校的研究人員經過多年的努力后，終于在染料敏化太陽電池方面取得突破。該小組從植物得到啟示，研發了一種新型的太陽電池原型，可以利用陽光分解水產生氫氣和氧氣，氧氣被釋放到空氣中，而氫氣則可以儲存起來用于發電，或者作為燃料電池汽車的燃料。理想狀態下，系統無需外界提供任何能量就能不斷產生氫氣。

研究負責人湯姆·梅耶 (Tom Meyer)表示：“太陽電池陣列只能在白天發電，而實際上它還能產生一些化學物質。所以當太陽下山了之后，人們就能通過這些化學物質產生所需的能源。像氫的所謂‘太陽燃料’為夜間能源存儲提供了解決方案。我們的新發現可能提供一個存儲太陽能源的解決方法，成為未來太陽能行業的轉折點。”

梅耶說：“分解水是很難得，需要從兩個水分子中分離出4個電子，將它們轉移到其它地方再制成氫氣。如果能夠做到這樣，就能保持氫氧分離。”

梅耶的設計包括兩部分：一個是分子，一個是納米粒子。這個分子被稱為發色團-催化劑集合體，是研究團隊的核心設計，它能在吸收太陽光能量后，激活催化劑將電子從水中分離出來。納米粒子則連接著上千個發色團-催化劑集合體，是用來隔絕電子并合成氫能源的。

但研究人員面臨了兩大難題，一是發色團-催化劑集合體不斷與納米粒子進行分離，另一個問題是，電子被隔絕的速度不夠快。

為了解決這些問題，梅耶采用新工藝，將納米顆粒以二氧化鈦進行覆蓋。使用這些超薄的二氧化鈦涂層之后，納米顆粒能夠更快地帶離電子，同時讓催化劑顆粒之間接觸更加緊密，從而提高了催化效率，有效解決了催化層松散的缺點。

盡管這項技術聽起來有點復雜，但其實大部分還是以目前的技術為基礎，而且這遠比利用太陽能發電然后貯存在巨型電池組中要容易得多。新系統能夠在不需要任何額外能量的情況下將太陽能轉化為氫能源，整個過程中也不會排放出任何溫室氣體。而且，要安裝這些太陽能轉化氫能源的設備，以現今的技術條件就能夠完成。研究人員的下一步目標是希望通過類似的技術能將二氧化碳轉化為碳基礎的能源，如甲酸鹽或甲醇，在減少溫室氣體的同時釋放更多的氧氣。

美國科學家研究更高效而廉價的有機太陽電池

美國賓夕法尼亞大學的研究人員對于電荷分離基礎科學的新認識，為生產更高效而廉價的有機太陽電池提供了可能，最新的研究成果已發表于《Nature Communications》雜志上。

現在，有機太陽電池最高的效率大約為實驗室規模數據的10%，這一數字遠低于基于無機單晶硅的設計。實現高效有機電池的一個挑戰在于，分離由一個帶負電荷的電子和其帶正電的空穴所組成的電子-空穴對，這被統稱為激子。電子和空穴需要被分離，以產生電流。

實現這一過程的方法是通過創建一個異質結，使兩個不同的有機半導體彼此相鄰，其中一個半導體失去一個電子，而另一個半導體得到一個電子，這樣可以分裂原有的激子。但是在該領域長期存在的一個問題是，怎樣使電子和空穴徹底分離以產生電流，從而能夠在大多數太陽電池中觀察到其效率。

在過去的幾年中，一個新的視角被提出，即依賴于量子效應的高分離效率，電子或空穴在同一時間以波浪態存在于散布在附近的幾個分子中，這樣電荷可以更容易地被分離。賓夕法尼亞大學的研究人員提供了新證據來支持這種解釋，并確定了由C60分子組成的常見受體材料納米結晶（也被稱為富勒烯或巴基球），是實現離域作用發生的關鍵。

這種晶體結構對于有機太陽電池的有效光電流產生是至關重要的。研究人員指出，一般觀點認為，這需要一大堆多余的能量分裂激子，這就意味著在供體和受體材料之間必須有一個很大的能極差；但如此大的能量偏移會降低太陽電池的電壓。研究人員的工作是根據波函數的離域和局部結晶度對電荷分離過程的影響，來消除這種此消彼長。這一結果可以幫助人們設計新的分子并優化供體和受體的形態，有助于提高太陽電池的電壓。

研究小組使用各種發光和電吸收光譜技術，與X射線衍射相結合，獲得了結論。他們的研究結果為其他研究團隊更好地了解電荷分離，并設計和模擬更高效的有機太陽電池提供了幫助。

日本研制出新型鎂空氣電池

日本古河電池公司為應對緊急情況研發的新型鎂空氣電池，在第五屆國際二次電池展上亮相，其能量高達300瓦時，可以為智能手機充電30次。

鎂空氣電池屬于金屬空氣電池中的一種，它利用鎂作為正極，環境中的空氣作為負極。雖然目前展示的僅僅是一個簡單的模型，但古河電池公司還是將其命名為“鎂箱”，并且為它設計了一個包裝。該電池體積為233×226×226立方毫米，加水前的質量大約1.6千克，可以保存10年以上。電池配有兩個USB輸出接口，并具有5.0伏的最大輸出電壓和1.2安的最大輸出電流。

該模型共有四個電池單元，當每個單元注入500毫升水后開始發電。一般情況下，鎂空氣電池使用鹽溶液作為電解液，但此新型電池不僅可以利用鹽溶液，而且可以利用清水甚至尿液作為電解液，從而可以在緊急情況下使用，且可以持續發電五天之久。

由于鎂具有易燃和易溶于電解質的特性，鎂空氣電池在安全性和長期使用上存在問題。為解決這些問題，古河電池公司采用難燃的鎂合金作為正極，并且利用硬紙板進行包裝，以便于電池的回收。

三菱電機推出全新一代變頻器FR-A800系列

FR-A800系列變頻器作為三菱電機全新一代First-Class級驅動產品，擁有一流的驅動性能，實時無傳感器矢量控制時，運行頻率可達400赫茲；具有大轉矩啟動能力，在0.3赫茲的超低轉速下可實現200%的最大輸出轉矩（0.4～3.7千瓦）；還可驅動永磁同步電機，在滿足用戶從機械加工、模具鑄造到搬送各種設備的應用的同時，還可幫助用戶提高生產力、實現工廠節能。

FR-A800系列變頻器采用整流逆變獨立設計（315千瓦及以上），增強了系統安全功能，加上兼容多種主流網絡通信 （CC-Link、SSCNETIII/H、DeviceNet、PROFIBUS-DP及以太網等），使用戶能夠輕松應對各種系統解決方案，隨時隨地操控全局。

為應對各類環境應用場合，FR-A800系列變頻器對電路板進行涂層處理，具有IP55防護等級系列產品；內置EMC濾波器，新開發的驅動和供電技術更大大降低了電磁干擾。

三菱電機憑借其廣泛的工程專業知識服務于全球市場，FR-A800系列變頻器可搭載多語言LCD參數單元，增強了顯示和時鐘功能特性，使得顯示更清晰，操作更輕松。

艾德克斯IT9500電源自動測試系統讓電源測試更靈活

日前，艾德克斯電子有限公司(ITECH Electronics)宣布，艾德克斯電源測試方案又添新成員——IT9500電源自動測試系統。此系統克服了傳統測試系統笨重且難于操作和維護的缺陷，在5U的體積內提供超越傳統大型機柜測試系統性能的測試結果，是電源模塊、充電器、UPS電源等產品研發、生產測試的首選解決方案。

模塊化讓選擇更靈活

IT9500電源自動測試系統中，硬件設備由交流電源、直流電源、直流電子負載和開關分析儀組成，艾德克斯采用模塊集成的形式將其集成在一個機柜中。電源和電子負載是電源測試的基礎儀器設備，以往的做法通常是由測試系統生產廠家將整個系統配置好，再銷售給工程師使用，工程師只能被動接受成套的系統，卻不能掌握在設備選型方面的主動權。IT9500電源自動測試系統采用模塊化設計的最大優勢就在于此。每個模塊在測試中互相配合，同時又能相對獨立，不管是交流電源，還是直流電源或直流電子負載，都能在艾德克斯眾多的產品中選取最適合的型號。同時，模塊化的設計也便于日后系統的檢修和維護。

小體積讓空間更靈活

5U超小體積的電源自動測試系統帶來前所未有的測試體驗。在這么小的體積內幾乎囊括了所有電源測試所需要的項目，在測試功能方面的優勢甚至超越了傳統的大型機柜測試系統。傳統的電源測試系統放在實驗室中占用大量的空間，IT9500則可以輕易挪動位置，甚至放在桌面上使用也沒有問題。開關分析儀是非常重要的硬件組成部分，它在系統中起著多種作用，集數據I/O卡、示波器和數字電壓表的功能于一身，工程師在不外接示波器的情況下就能獲取相關紋波參數信息，也確保了系統在最小體積內實現最大的功能。開關分析儀提供選擇豐富的接口，可以讓工程師在使用中靈活地選用。

好軟件讓操作更靈活

測試軟件對于工程師越來越重要。當在生產線上同時使用多臺儀器時，軟件能夠協助監控，工程師再也不用跑來跑去地操作每一臺儀器的按鍵了。IT9500電源自動測試系統的軟件，從用戶管理、硬件配置、測試配置、數據查詢以及測試運行等方面綜合管理測試過程，并且已經把測試線匹配好。軟件可以協助工程師在輸入輸出特性、電源效應、負載效應、開關機測試、過載/過功率保護、過欠壓等18個大項目的測試中直接勾選所需要的項目，在軟件中分別填寫和設置測試參數，在系統高速的測試之下，工程師能夠在最顯眼的位置第一時間看到測試進展。測試完成后，工程師能夠打印出個性化的測試報告，添加公司LOGO等信息，直接作為產品的出廠檢測報告使用。而這一切操作都無需工程師具備任何編程能力。通過IT9500的軟件，可以對使用人員進行分類管理，將不同用戶的權限劃分開來，讓測試管理更規范。