钻瓜科技成果推荐第1期:无源降温光学超材料织物技术\固体氧化物电池发电/制氢系统/全息打印技术及其装备/液态金属电池储能新技术前沿科技

2022-05-27 10:26:51 光学超材料 氧化物电池发电 全息打印 阅读(5891)
无源降温光学超材料织物技术通过交叉学科融合颠覆传统理念,顺应全球绿色低碳发展潮流。在暴晒户外环境下,相较于棉织物,超材料织物织物可为人体皮肤无源降温近5°C,为持续排汗的模拟皮肤降温约4°C;可低于国内外知名品牌防晒衣3-7 °C;且可使汽车模型内部降温超30°C。基于本研究进展,项目负责人牵头成立了湖北光谷实验室运动与健康智能化技术创新中心,加速推动本研究的成果转化。

1、无源降温光学超材料织物技术

无源降温光学超材料织物技术通过对织物微观和宏观结构调控构成随机光学超材料体系,可借助大气透明窗口增强散热并对太阳辐射波段实现高效阻挡。本项目瞄准国际科技前沿需求研制具有无源降温功能的超材料织物技术,可无源地满足户外降温需求,是目前解决热应激问题和应对能源挑战的有效策略,对世界经济和可持续发展具有战略意义。

无源降温光学超材料织物技术通过交叉学科融合颠覆传统理念,顺应全球绿色低碳发展潮流。在暴晒户外环境下,相较于棉织物,超材料织物织物可为人体皮肤无源降温近5°C,为持续排汗的模拟皮肤降温约4°C;可低于国内外知名品牌防晒衣3-7 °C;且可使汽车模型内部降温超30°C。

基于本研究进展,项目负责人牵头成立了湖北光谷实验室运动与健康智能化技术创新中心,加速推动本研究的成果转化。

1) 技术优势

a. 核心技术领先,产品质量高:无源降温光学超材料织物技术基于结构-光学-纺织技术的跨领域、多学科交叉协同创新,形态分级的结构设计有效避免了不同波段光谱之间的串扰,实现涵盖太阳辐射波段至中红外波段的高效宽光谱调控,具有卓越的无源户外降温性能。目前已实现全球领先的降温织物知识产权布局优势。

b.产业化与规模化:基于可扩展、高通量、全自动的纤维制造技术及先进纺织工艺,制备工艺简单,成本低,生产效率高,通过进一步产研结合可与纺织业全链条完全兼容,突破从实验室到小试、中试阶段的技术瓶颈,实现可稳定产业级的制备体系和大规模应用;

c.常规成本创造高附加值:无源降温光学超材料织物以常规服饰的成本创造了远高于其他产品的性能,因此具有高附加值和高性价比;且可适用于包括人体在内的任何形状表面,可扩展服务于众多领域,满足不同应用场景下的降温需求。

2) 性能指标

对比传统纺织品:传统织物无法在高温暴晒的户外环境为人体进行有效的降温防护,智能降温织物可显著提高人体热舒适且不需要任何外部能量输入。在正午时间段的模拟人体测试中(广州,2020年11月28日),降温织物所覆盖的模拟皮肤相较于棉、氨纶、雪纺、麻一系列同色商业面料可低5-7 °C。在人体表面降温测试中,相较于商用白色棉,降温织物可对人体体表降温近5°C(广州,12月7日);在模拟人体排汗降温测试中(天津,2021年5月5日),降温织物相较于白色棉织物可降温4°C。

对比商用户外产品:智能降温织物具有优异的防晒降温性能,且非瞬时凉感,永久可控降温。在正午时间段的模拟人体测试中(广州,2020年11月30日),降温织物可低于北面、狼爪、哥伦比亚、骆驼、蕉下多个国内外知名品牌的防晒衣3-7°C;在模拟汽车测试中(广州,2020年12月7日),相较于市售车衣,降温织物可为汽车模型内部降温超27°C,相较于无覆盖小车,可降温超30°C,展现卓越的性能。

2、固体氧化物电池发电/制氢系统

固体氧化物电池(SOC)是一种全固态电化学能量转换装置,以燃料电池(SOFC)模式运行时,它可将燃料中的化学能清洁高效地转换为电能;以电解池(SOEC)模式运行,它可将电能通过电解水(和/或二氧化碳)以化学能(H2/或CO)的形式储存起来。SOC具有清洁、高效、静音、可模块化、燃料来源广等优点,用于智能电网削峰填谷以及海水制氢等。被认为是为碳中和而生的根本性能源变革技术,在服务我国氢能战略和实现“双碳”目标等方面具有独特优势。

1、大面积单电池:尺寸15×15 cm2,功率密度1.14 W/cm2,衰减率0.6%/1000h;

2、电堆:功率300 W-2.5 kW,功率密度0.4 W/cm2,发电效率55%,7次以上热循环;

3、发电系统:功率300 W-5 kW,发电效率46.5%,能量利用率80%;

5、制氢系统:电解功率1 kW-10 kW,直流能耗3.5kWh/Nm3,水蒸汽转化率≥70%,电解效率≥85%。

3、全息打印技术及其装备

全息打印是利用激光相干存储三维实物全部信息后,通过全息打印设备输出可裸眼观察的三维图像的打印过程。彩色全息打印关乎国家安全和民生安全。激光全息光聚合物材料和全息打印装备是实现全息打印的关键,全息光聚合物材料长期被美国杜邦、德国科思创等少数外国企业垄断,全息打印装备也由美国斑马公司控制,无论是打印材料还是打印装备我国均受到严密的技术封锁。成果基于“光引发阻聚剂”的全息光聚合物制备思路,通过具有光引发与光阻聚功能两种不同自由基的竞争与协同,实现全息光聚合物的可控相分离,制备出衍射效率高、光散射损失小的全息光聚合物材料;创制了母版全息、实物全息、数字全息等多种彩色全息图像存储技术;依靠全息打印工艺、控制与装备集成化设计实现了裸眼三维彩色全息图像和多功能图像存储。

国内唯一的、具有自主知识产权的技术。全息记录材料广泛,包括:光降解高分子材料、光导热塑性材料、光折变材料、光聚合材料、光致异构化材料;物光和参考光的强度:0.1-10 mW/cm2;激光波长380-800nm;功率:1-1000mW;全息记录材料的边长:10-500mm;曝光时间:50 ms-50秒。可实现母版、实物、数字图像的彩色全息存储。

4、液态金属电池储能新技术

储能技术是解决大规模可再生能源高效入网,实现碳达峰、碳中和战略目标的重要途径。新型液态金属电池,采用液态金属和无机熔盐作为电极和电解质,具有寿命长、响应快、成本低、安全可靠等优势,是规模储能应用领域的理想选择。电池设计与工作原理为:电池正负极均为金属,电解质为无机盐,运行时正负极金属和无机盐电解质均为熔融态,液态金属与无机熔盐互不混溶,且由于密度差自动分为三层。在设计电极和电解质材料时,上层负极液态金属密度最小,下层正极液态金属密度最大,中间熔盐电解质层密度居中,熔盐电解质兼作正负极间隔离层。

近年来,团队先后开发了环境友好、成本低廉的锂-锑-锡体系,以及电压较高,成本更低的锂-锑体系,可以实现150 Wh/kg的能量密度,高电压、高比能的锂-碲-锡等液态金属电池新体系;攻克了大容量液态金属电池构建的关键技术,实现了300 Ah大容量液态金属电池单体;解决了大容量电池界面的稳定性难题,实现大容量电池的长效服役(运行4年/2200圈,容量无衰减,目前仍在运行);突破了电池成组与高效管理技术,实现了5kW/30 kWh电池堆的示范验证。

液态金属电池在规模储能应用方面具有非常明显的优势:无须考虑传统固态电极材料的结构稳定性问题,同时摒弃了成本较高的电池隔膜,液态金属电池寿命长(预期寿命20年/15000循环以上);电池材料成本和制造成本较低,可以满足大规模储能的低成本要求(预期低于1000元/kWh);电池采用不可燃的熔融无机盐作为电解质,安全性高;全液态结构的液/液界面电荷转移速度快,反应过电位低,能量转换效率高,可以实现较高倍率充放电;特别值得一提的是,全液态电极/电解质可以实现自装配,电池容易放大和生产。因此,液态金属电池技术在面向大规模的电网储能,中长时间尺度(若干小时及以上)的出力平滑、可再生能源入网、调峰及分布式系统能量管理等应用场景中具有明显的优势。

5、高效、环保太阳热反射材料

针对沥青路面的高温病害以及产生的热岛效应问题,通过研制一种应用于沥青路面具有相变储能功能且绿色环保的水性聚氨酯热反射涂料(WPUR)。WPUR通过相变树脂与功能填料同时对太阳辐射进行吸收或反射,达到协同降温效果。

WPUR可以降低沥青路面20℃左右,具有较好的耐候、耐磨和粘接性能。目前,WPUR涂料的研制处于中试阶段,已在重庆交通大学南岸、双福校区铺设试验路段。

WPUR不仅在道路方面具有较好的应用,在房屋建筑表面涂刷WPUR可降低室内温度,减少空调使用,节约能耗;在公园步道铺设WPUR可降低环境温度,提高舒适性;在化工储罐涂刷WPUR可降低内部温度,减少安全事故的发生。

 

以上成果为经过个人筛选,认为有一定应用前景的成果或技术,仅供大家参考。如果有哪方面领域的技术信息需求,可以联系我,我定向征询并发送,并推动与技术负责人的对接,促进成果的实施应用。相关企事业单位在经营过程中有任何需求都可以联系,我利用各种渠道谋求解决或联系相关单位,合作共赢。赵晖(18622028255,微信号:zhao07180608)


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