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住友理工展示向豐田MIRAI供應的燃料電池用粘合材料

住友理工在“人與車科技展2015”(2015年5月20～22日于太平洋橫濱國際會展中心舉行)上，首次展出了向豐田燃料電池車(FCV)“MIRAI”供應的燃料電池用橡膠制粘合材料“電池單元用密封墊片”。

燃料電池通過氫與氧的反應來發電，由370塊作為最小單位的電池單元構成。密封墊片的作用是確保這些電池單元的氫和氧的流路，提高水的排出性能。該產品為加熱粘合類型，可在制造燃料電池的最終工序與電池單元一體加工。

住友理工未公開該產品使用的材料及制造方法，只介紹稱，利用獨創配方，在低溫到高溫的廣泛溫度范圍(－30～100℃)內實現了穩定的密封性能。該公司公關部人員表示，在材料選擇方面，運用了該公司積累的技術經驗。另外，還憑借精密加工技術，將厚度控制在了μm水平。

特斯拉家用儲能電池正式發布

特斯拉家用級可充放式鋰電池Powerwall

美國電動車制造商特斯拉公司啟動業務多元化，正式發布了一個全新子品牌TeslaEnergy與兩種用途的電池：家用的Powerwall和商用的Powerpack，這是該公司在新領域邁出的重要一步。特斯拉公司希望，這樣的電池能從根本上改變全世界的用電方式，并推動可再生能源的普及。

家用儲能電池銷量驚人

特斯拉Powerwall是一款家用級可充放式鋰電池，實際上是一種“儲能墻”，可以安裝在家中的墻壁上，存儲家庭太陽能發電產生的電力。它可用來降低家庭電路負載，用作緊急情況時的備用電源，也完全可以供家庭生活使用。這款產品提供兩個版本供消費者購買，在銷售價格上實現了突破，10千瓦時的Powerwall售價僅為3500美元，7千瓦時的產品售價僅為3000美元，前者主要作為應急電源使用，而后者主要供家庭日常生活使用，售價中均不包括購買逆變器和電池安裝的費用。

特斯拉公司表示，Powerwall電池組將于2015年夏季正式上市。在特斯拉公司的財報分析師電話會議上，CEO埃隆·馬斯克激動地表示，市場對于家用電池的反應非常瘋狂，在不到一周的時間內，Powerwall的預訂量已達3.8萬個。預訂量之高令公司吃驚，而2016年上半年的產量，已經提前售賣一空，看來全世界的家用儲能市場很龐大。

這是馬斯克和特斯拉公司在能源領域的一個新動作。不過，馬斯克早已創辦了美國知名的太陽能光伏企業 Solar City，主要生產太陽電池板。

理論上用戶可不再使用電網

Powerwall家用墻式電池由特斯拉鋰電池組、液態熱能控制系統和隨時可接收太陽能逆變器信號調度的軟件組成，其存儲的電能完全來源于太陽能。當然，得配合一塊安裝在屋頂的太陽電池板使用，Powerwall則可以安裝在家里任何地方的墻上，比如車庫、客廳或者是小院子。

接入當地電網后，可隨時將多余電量在用電高峰期輸入電網，同時用戶還可以靈活支配，必要時從電網將之前輸出的電能取回。這一方面可有效緩解電網波峰時期的壓力，同時也為消費者節約了大量的用電成本。

如果愿意，用戶甚至可以不再使用電網的服務。理論上，居民安裝太陽電池板及特斯拉電池等設備后，只要設備足夠“給力”，便可實現發電、儲電、用電形成閉環。

據《華盛頓郵報》報道，特斯拉電池的工作原理是：首先，太陽電池板將太陽能直接轉換為電能，電能再通過逆變器將太陽能直流電轉化為交流電，存儲于特斯拉電池之中；在停電時，特斯拉電池中儲備的電量便可通過室內布線傳入室內，用于供電。

能源存儲帶來哪些變化

《華盛頓郵報》分析，就長遠來看，廣泛的儲能意味著真正意義上能源的變革。以下幾點便是儲能在更加環保地獲取能源方面做出的驚人改變：

1.匯集更多可再生資源至電網

幾乎所有人都把關注的目光放在特斯拉家用電池上，而事實上，儲能的最大影響在于整個電網。GTM Research對電能存儲市場的研究表示，如今90%的電能存儲用于公共事業規模而不是居民或商業。更多的儲能并不僅僅是一個更加可靠的電網的保障，它更意味著人們將減少對化石燃料的依賴，轉而使用一些可再生能源，例如風能和太陽能。

加州清潔能源項目領導人Gavin Purchase表示：“在加州，可再生能源一天能夠提供很多能量，但晚間這些能量減少，造成了一個大的能量空缺需要彌補，如果你有一個儲能設備，你就可以在白天利用這些設備存儲能量，在晚間把這些能量利用起來。”

2.使你的房子和汽車更加環保

在太陽電池板停止吸收太陽能后，還可運用電池存儲的大量太陽能使家庭用戶不依賴于電網，更多地使用綠色能源。也許在未來，太陽能會被用于給電動汽車充電。

《華盛頓郵報》提到的一份報告顯示，盡管電動汽車沒有尾氣排放的問題，但仍對能源利用有很大的影響，因為它們夜間充電時的電能來自電網，而電網的電能來源于煤炭燃燒。如果電動汽車能夠用存儲的太陽能在夜間充電，這個問題便會得到很大的改善。

3.幫助適應靈活的能源定價

很長一段時間，經濟學家提議采取“靈活”的電費收取方式，也就是說在能源需求高峰期比如下午和傍晚時，人們應繳納更多的電費。這樣的靈活收費模式也漸漸走入電網的視野。如果將這樣的靈活收費與能源儲備相結合，用戶將獲得潛在的好處。在晚上電費漲價時，人們可以使用早上儲備的太陽能，從而減少更高的支出。

美國谷歌公司秘密研發下一代電池技術

據國外媒體報道，美國科技巨頭谷歌公司的一支研究團隊正著手開發下一代突破性電池技術，試圖打破目前阻礙移動設備發展的最大瓶頸——電池續航。

最近幾年，谷歌以無孔不入之勢進入許多行業，例如交通運輸、醫療衛生、機器人和通信科技等，這些設備都需要更高效的電池。谷歌首席執行官拉里·佩奇(Larry Page)曾說過，電池續航力成為移動設備面臨的一個“巨大問題”，同時該領域也有打造新的和更好體驗的“真正潛力”。顯然，谷歌希望更多地控制自己的命運和硬件供應鏈，開發無人飛機、無人駕駛汽車和其他硬件產品都需要續航力更好的電池。

于是，前任蘋果公司專家巴德瓦杰博士帶領一支只有4名成員的研究團隊，在谷歌Google X實驗室開始秘密研究下一代電池技術。谷歌發言人拒絕對此發表評論，或讓巴德瓦杰接受采訪。但是他曾向業內人士表示，谷歌至少有20個依賴電池的項目：無人駕駛汽車依靠電池提供動力；第一代谷歌眼鏡受到電池續航時間短的困擾；一個使用納米粒子來診斷疾病的項目，其監視設備依賴小型電池供電……許多項目還不為人所知。其實早在2012年年底，巴德瓦杰就帶領這支團隊開始測試其他公司為谷歌的設備而開發的電池。大約一年后，這個團隊考慮由谷歌自己來開發那些電池技術。

巴德瓦杰團隊正在進行的研究包括兩個大方向：提高現有鋰離子電池續航力和研發先進的固態電池技術，使它們適用于消費電子設備。巴德瓦杰闡述了在智能手機，以及更薄、可彎曲的可穿戴設備，甚至植入人體的設備中使用固態薄膜電池的課題。他說：“對于谷歌眼鏡等可穿戴設備，先進的電池技術有助于提供更高的能量密度，對于隱形眼鏡，固態薄膜電池更安全，因為它不使用易燃的電解液。”

近年來新興的電池技術讓人們看到了電池性能有大幅提升的希望。例如，固態薄膜電池通過固體，而不是液體來傳輸電流，使得電池體積更小、更安全，這種電池可以制成柔性薄膜的形態，非常適合小型移動設備。

此外，谷歌的其他團隊也在與來自芝加哥的電池技術廠商AllCell合作，為4個硬件項目開發容量更大的電池，其中包括漂浮氣球聯網項目Project Loon，利用在高空飄浮的氣球提供互聯網連接。

在過去幾年里，谷歌不斷嘗試將很多其他形式的技術應用于電池之中。谷歌未來進軍電動汽車領域的傳聞從未停止，谷歌董事長埃里克·施密特曾經放言：“電動機取代內燃機的速度與過程，就像是數碼相機與記憶卡取代傳統底片一樣的迅速與自然。歷史證明，新技術總是在創新型企業產生并繁榮，只要科技層次有著關鍵性的突破，電動車的時代也將會迅速來臨……20年內，電動汽車將能夠成為汽車產業的主流。”施密特當時沒有明確說明谷歌將以何種形式介入電動車領域，但他表示如果發現任何倡導科技、創新與材料的事業，谷歌都愿意投入其中。

美國南卡羅來納大學研究GDC材料 可用于制作燃料電池的電極

美國南卡羅來納大學在《Nature Communications》雜志上發表了一項關于提高氧離子的傳輸速率的研究，這項研究是將化學能轉化成電能的關鍵部分。這個團隊研究了一種材料——釓摻雜氧化鈰(GDC)，這種材料能夠有效傳遞氧離子，可用于制作固態氧燃料電池的電極。添加劑的使用以及一個“微妙”化學反應的進行，使GDC的電導率有了非常大的提高，最終導致化學能可以更快、更有效地轉化為電能。

這項技術突破將會開辟出一條研發新一代能量轉換和存儲裝置的道路，而新一代產品的性能將大幅度提高，能量轉化率將顯著提升，而且能量的利用會更加環保和具有可持續發展性。

晶界處低的電導率主要是因為釓元素(Gd)在晶界的偏析，導致了電荷內嵌，進而形成了空間電荷效應。電荷內嵌在界面處形成了離子遷移的屏障。研究面臨的挑戰是如何有效地避免Gd在晶界的偏析。由于晶界尺寸極小，為納米級別，在如此狹窄的區域，描述和合理控制Gd的量是非常困難的。為了使晶面潔凈，防止Gd表層的分離，研究人員添加了一種導電劑——尖晶石結構的鈷鐵化合物(CFO)，使材料形成一種復合結構。GDC晶界處過量的Gd會參與CFO反應，形成第三相。研究發現，這種新相也可以作為一種非常優異的氧離子導體。研究人員還通過一系列高分辨率表征技術，來研究周圍的晶界原子微觀結構，結果表明，在晶界的Gd偏析現象消失，而且在GDC晶界處的氧離子傳導性顯著改善。

GDC材料中氧離子導電性的提高，已經通過氧滲透實驗得到驗證。靶向誘導初相技術能夠生成清潔的晶面，具有這種晶面的材料可以應用于眾多能量轉換和存儲裝置，比如便攜式電子設備、汽車和發電廠等。這樣可以使能量利用更具成本效益，效率更高并且對環境友好。目前，在這項研究中，離子和電子導電型陶瓷復合材料被設計成隔膜，可以實現煤和天然氣的快速轉化，提供氧氣，同時也作為天然氣轉化分離膜反應器。

美國科學家發現雙金屬催化劑可高效制氫

燃料電池主要以氫氣為燃料，但將氫作為可持續能源首先遇到的障礙就是制氫方法。美國特拉華大學和哥倫比亞大學的研究人員已經發現了一種廉價、高效的電解水催化劑。

工業上通常使用甲烷蒸氣重組反應。這需要天然氣和大量的能量，而且產生二氧化碳，從而使氫燃料的生產在經濟和環境上都要付出昂貴的代價。由電解水獲得氫(在電解過程中低電流使氫原子與氧原子分離開)而不是通過甲烷，需要的能量更少，產生氧氣作為副產品，并使氫的生產更加可持續。該反應需要金屬催化劑，協助電子轉移，從而降低反應活化能。但是對析氫反應而言最好的催化劑是鉑，由于鉑太昂貴而無法大規模使用。

特拉華大學和哥倫比亞大學合作開發了一種突破性的銅和鈦的結合，以這種方式來模仿鉑催化劑的結構。這種催化劑是由兩種廉價而豐富的元素組成，但其活性可與頂尖的鉑催化劑比肩。新催化劑不僅降低了成本，而且使反應更快。

單獨使用的銅和鈦對析氫反應而言并不是很好的催化劑，但一旦結合起來，就在原子尺度上形成了一個獨特的結構，類似于鉑催化劑。此外，創建納米多孔結構可以暴露出最多的活性位點，這些位點使反應能夠發生。某些銅和鈦原子的組合形成不反應的位點，降低了效率，所以原子的比例和位置是被嚴格控制的。

銅鈦雙金屬催化劑支持自身結構，因此每次使用時它不需要構建，或負載到像碳一樣的導電物質表面。這進一步減少了反應中的能量損失。

總之，這種新型催化劑為低價高效的催化劑取代昂貴的貴金屬催化劑提供了新的機會。

中國和以色列合作開發太陽能制氫新技術

中國和以色列研究人員開發出一種利用太陽光分解水制氫的新技術，具體原理是利用新型C3N4光催化劑將水分解成氫氣和過氧化氫，產生的過氧化氫經催化作用再分解水和氧氣。研究人員認為，相比以往的太陽能制氫方法，該技術具有更高的轉換效率且成本更低，是目前最可行的光解技術之一，而且該技術的提升空間顯著。

長期以來，太陽能制氫都具有很大的挑戰性。人們最熟知的過程是光電解法：太陽電池捕獲光子的能量，能量累積形成電勢差，利用產生的電勢差電解水獲得氫氣。理論上，電解水所需的最低能量為1.23伏，但事實上由于直接分解水的反應是一個復雜的四電子過程，大約需要2伏的電壓才產生明顯的反應速率。根據目前的技術水平，達到這一電壓值需要3～4個太陽電池，成本費用居高不下。

除此之外，一個更簡單的方法是光催化制氫。在這一過程中，粉末狀的吸光催化劑懸浮在水中，通過吸收光子的能量催化水分解過程。原則上，該方法成本更低且更易實現工業化生產。然而，這一方法存在諸多致命的弊端，例如，許多光催化劑的催化效率不足0.1%，需要昂貴的稀有金屬材料，以及由副反應產生過氧化氫會使催化劑中毒而迅速失去活性。迄今為止，性能最好的光解水催化劑是納米晶氧化鈷，其轉化效率約為5%，但其最大的缺點是在僅僅1小時內便會失活。雖然C3N4光催化劑的太陽能到氫氣的轉換效率只有2%，但其壽命和穩定性具有突出優點，經過200天后測試其活性仍然沒有明顯衰退。

通常，太陽能制氫過程中產生的過氧化氫會使催化劑中毒。研究人員有效地解決了這一問題，成功合成出一種含有C3N4和巴克球的復合催化劑。C3N4光催化劑可以將水分解成氫氣和過氧化氫，巴克球卻能夠催化過氧化氫分解成水和氧氣，從而避免了過氧化氫吸附在C3N4催化劑表面致其中毒，而且巴克球的存在也可以促進催化劑吸收更多的太陽光。

據研究人員計算，C3N4光催化劑的轉換效率如果能提高到5%，那么制氫成本將降低到2.3美元/公斤——該數值遠低于美國能源部4美元/公斤的預期目標。即使在現階段，利用該催化劑的制氫成本也只有4美元/公斤。因此，該太陽能制氫技術有望獲得大規模應用。另外，由于過氧化氫本身是一種有價值的工業漂白劑和消毒劑，如果可以將產生的過氧化氫加以收集利用，該技術的制氫成本將進一步下降。

澳大利亞科學家發明高效電解水制氫技術

澳大利亞新南威爾士大學(UNSW)發布報告稱，該大學的研究人員發明了一種新型電極，可以低成本、高效率地電解水，有望用于大規模生產燃料電池的主要燃料——氫氣。

該技術采用了一種價格低廉、有特殊涂層的泡沫狀材料，能使電解水產生的氧氣氣泡快速逸散，從而提高制取效率。相關論文發表在英國《自然通訊》雜志上。

在電解水的過程中，水在電流作用下被分解成氫氣和氧氣。產氧電極的效率低、成本高、需要消耗大量電力，是電解水制氫實現工業化生產的主要技術難關之一。據研究人員介紹，他們研制的新型電極是迄今為止在堿性電解質中產氧效率最高的電極。它使用鎳和鐵作為原料，成本低廉、容易制造，不像其他電解水技術那樣需要用昂貴的稀有金屬作為催化劑和電極材料。

研究人員采用了市面上常見的泡沫鎳，用一種活性很高的鎳鐵合金催化劑對其進行電鍍，制成電極。泡沫鎳材料內部有許多微孔，直徑約200微米，約為人類頭發直徑的兩倍。超薄的鎳鐵合金鍍層里面也有大量微孔，直徑約50納米。由于鍍層和內部都充滿微孔，新型電極的表面積非常大，有利于電解過程中生成的氧氣的釋放和逸散。而通常情況下，氧氣氣泡逸散不夠快，是一個降低電極利用率的普遍問題。

研究人員表示，將進一步研究其中原理、優化性能，爭取早日實現低成本制氫。氫的燃燒產物是水，不會產生二氧化碳和其他污染物，是一種清潔高效的能源，如果能大規模、低成本制取，將有助于滿足日益增長的能源需求，同時減少污染、遏制全球變暖。

英國燃料電池組件回收技術取得新進展

英國Axion Consulting公司最近透露，新型先進技術的投入使用使得燃料電池膜電極(MEA)中高價值的高分子膜的閉環回收系統又向前推進了一步。

Axion公司在資源回收利用方面有相當豐富的經驗，這次它和燃料電池組件供應商約翰遜馬瑟燃料電池公司(JMFC)以及無紡布制造商技術纖維制品公司(TFP)共同開發了MEA中高價值高分子膜的回收流程。這些公司的合作得益于他們與英國創新局(Innovate UK)共同合作創立的RECOVER R＆D項目。

該流程成本低而且危害小，能夠從高分子膜中提取出全氟磺酸，這樣的方式既可以回收這些有價值的高分子，也可以避免焚燒過程，不會產生具有強腐蝕性和劇毒的氫氟酸氣體。而且，該流程也不會影響其中貴金屬鉑的回收。事實上，該流程會產生高鉑含量的材料，可以進行后期冶煉提取鉑。

與此同時，相配套的燃料電池回收系統也正在進行評估。

緬甸大學開發燃料電池新型膜技術

緬甸大學的研究人員正在開發用于燃料電池的新型膜結構，該膜具有更高的孔隙率以及更加深層的導電擴散區域，在增加有效反應區域的同時，膜的強度、簡易度以及耐久性都將得到提高。

對于低溫燃料電池來說，生產廠家一直在尋求方法來提高膜電極(MEA)的強度、耐久性及可制造性。一般來說，傳統的膜電極有5層三明治結構，在聚合物膜的兩端分別有碳載體層以及電極層，這5層結構通常需要通過熱壓技術手工結合在一起。然而對于燃料電池來說，膜是最脆弱的。尤其在苛刻的或者高壓的環境中，熱壓過程中形成的缺陷點有可能成為失效點。再者，基于現今的催化劑嵌入技術，MEA在使用一段時間后，性能將會衰退，產生的電量將下降。

緬甸大學提出了全新的MEA制造技術，以解決上述難題。全新的膜結構更加厚實，可以承受更高的壓力。MEA的層數也減為3層，并且取消了熱壓工藝，這使得MEA的制造誤差大大降低，更有利于質量控制。

新型MEA的創新之處是催化劑將嵌入到膜中，而并非在膜表面簡單分散。普通的低溫燃料電池，催化劑分散在碳載體上，再附著在質子交換膜上。隨著時間推移，碳將會被腐蝕，催化劑也會團聚在一起，從而影響MEA性能。在新的MEA中，膜內多孔外層架構將取代碳作為催化劑載體，催化劑材料以及其他金屬直接嵌入到膜中，這使得催化劑的分布更均勻，利用率也大大提高。新MEA還能滿足廠商對規模化生產以及耐久性的需求。

據悉，新型MEA已經組裝電池進行測試。在80℃、3個大氣壓的條件下已經正常工作了500個小時，研究人員正在開發各種制造工藝，以進一步提升耐久性。新型MEA最早可能應用于軍事和航天等領域。通過這些早期應用，研究人員將進一步了解MEA的強度、耐久性和制造性，以調整產品發展規劃。

日本豐田與馬自達計劃聯手推出燃料電池/插電混動車

隨著全球各區域市場排放法規收緊，日本豐田和馬自達汽車公司均以百公里油耗2.5升作為旗下產品降耗目標。為加速達標并降低成本，兩家公司考慮共享燃料電池及創馳藍天(SkyActiv)動力技術，推出全新環保車型，新車型或為燃料電池和插電混動車。

強強聯手深化合作

從路透社東京獲悉，豐田和馬自達正在進行協商，計劃共享豐田的燃料電池及馬自達的創馳藍天動力技術，以滿足日趨嚴格的排放標準并削減成本。豐田擬向馬自達提供燃料電池及插電混動技術，而作為回報，馬自達將為豐田提供其創馳藍天品牌汽油及柴油發動機技術。

眾所周知，豐田2015款Mirai是全球首款量產的燃料電池汽車，滿燃料狀態下續航里程約700公里，且加燃料時間僅需3分鐘，由此可見豐田在燃料電池領域的成熟技術。雖然馬自達也有自行研發燃料電池車的計劃，不過仍打算同豐田進行合作。預計兩家公司將很快就深化上述合作達成協議。

車企之間倘若展開技術合作，能夠分攤研發費用。豐田與馬自達之前也有合作經歷。2013年馬自達曾購買豐田混動技術，為日本市場打造了馬自達3混合動力車，百公里油耗僅3.2升。

不同的技術路徑

在節油車領域，豐田主要依靠油電混合動力車、氫燃料電池車，而馬自達則選擇了一條較為傳統的道路——改進內燃，挖潛汽油發動機和柴油發動機，繼續打造其創馳藍天品牌技術。

這其實同車企的規模大小、技術傳統和研發投入密切相關。豐田作為全球頭號車企，每年投入巨額資金用于技術開發。歐盟委員會數據顯示，2013年豐田的研發投入達到62.699億歐元，在車企中僅次于大眾，在所有行業公司中排名第7位。

對豐田而言，押寶混合動力技術是其一貫的路線。豐田從1997年開始進入混動車領域，到2014年，豐田已經在全球累計銷售了700多萬輛混動車，年銷量突破百萬輛。

根據《日本經濟新聞》等媒體披露，豐田今年第四季度將推出第四代普銳斯油電混合動力車，該車將率先實現94英里/加侖的燃油經濟性，較之目前的車型提升20%以上，成為全球燃油效率最高的油電混合動力車。在價格上，雖然性能進步顯著，但豐田準備基本維持現款車型的售價。

馬自達2014年曾研發出一種均質壓燃技術(HCCI)，該技術類似于柴油機的操作方式，將燃料及空氣混合物壓縮至高壓及高溫狀態，并使燃料和空氣混合物無需點火而自燃，提高了燃油的使用效率。馬自達計劃2020年推出純汽油動力型號，通過HCCI等技術達到百公里油耗2.5升級別。