一大波新材料横空出世，改变世界超出你想象

来源：蓝海长青智库

俄德合作开发廉价钠电池，或替代锂离子电池

俄罗斯国立研究型技术大学莫斯科国立钢铁合金学院、俄罗斯科学院生物化学物理研究所和德国亥姆霍兹德累斯顿罗森多夫研究中心的科研人员共同合作，日前研发出可以替代锂离子电池的钠电池。由于钠电池材料价格低廉，或可成为广泛用于智能手机的新一代电池。相关研究成果发表在《纳米能源》杂志上。

锂离子电池是目前人们日常生活中非常熟悉的一种电池，它广泛用于智能手机、笔记本电脑等便携式电子产品中，在电动汽车和宇航工业等领域也有着很好地运用。但锂是一种非常昂贵的金属，并且在自然界中储存量有限。

钠储量丰富，价格低廉，多年来，全球科研人员一直致力于研发一种以钠材料为基础的电容量更高、价格又低廉的电池，以替代目前的锂离子电池，电容量高的钠电池要比锂离子电池更具有商业优势。

俄德科研人员在实验中发现，如果将钠原子用一种特殊的方式“包裹”起来，比如，像三明治那样，将钠原子放置在两层石墨烯之间，就可以大大提高这种钠原子结构的电容量，进而开发出高性能的钠电池。

莫斯科国立钢铁合金学院研究员伊利亚·切普卡索夫表示，具备锂离子和石墨烯三层结构的锂电池，每克电容量为828毫安时，是传统石墨阳极锂电池（每克372毫安时）的两倍以上。他称，目前研究人员开出三层结构钠电池样品，并正在实验室进行测试，初步测试结果表明，新的三层结构钠离子电池的每克电容量与传统石墨阳极锂离子电池相当，约为每克335毫安时。中国石化成功研发户外塑料制品专用料

近日，中国石化镇海炼化公司新成立的中石化宁波新材料研究院成功自主研发生产聚乙烯滚塑专用料，可广泛用于制造船艇、水箱等户外滚塑产品材料，填补了国内空白。7月首批400吨新产品已被下游制造企业抢定一空。

研究人员正在检测新材料性能。张凌志摄影

滚塑是一种塑料中空成型方法。船艇、水箱等户外滚塑产品由于长期处于湿热、曝晒、冲击等复杂环境中，对材料性能具有特殊要求，国内制造企业原料长期依赖进口。当前，受国际疫情影响，国内制造大型滚塑产品的企业面临国外供应链断货的局面。

“下游企业机器开起来，却无米下锅，而国内没有可替代的自主产品。”中石化宁波新材料研究院聚烯烃研究室副主任刘川川6月上旬走访调研滚塑市场后感叹。他认定这是一次“化危为机”的挑战：“市场的需求超出了我们的预期，要抓住这波机遇，就要快速响应。”

该研究院针对新产品特性，采用快速表征分析、添加剂配方研究、数据推理和实验验证等方式，快速明确目标产品性能与核心生产参数，一个月内完成了产品的配方、命名、申码、生产，这在以往通常需要三个月甚至半年时间。经验证，该专用料加工的滚塑材料具有集高挺度、高韧性和高抗紫外为一体的特定性能，可以满足下游企业制造需求。

气球注满水 可变身高性能发电机材料

灌了水的气球，有很好的弹性和可拉伸特性，构成气球的PVC材料则具有优良摩擦电特性——在科研人员眼中，注水的气球成了制作发电机的好材料。

近日，浙江大学海洋学院海洋电子与智能系统研究所纳米能源研究团队，利用气球制成了可用于收集波浪能的多倍频高性能摩擦纳米发电机。研究成果已发表于国际著名期刊《先进能源材料》。

据了解，由浙江大学徐志伟教授领衔的研究团队制备的这一多倍频高性能摩擦纳米发电机，由一个方形盒和一个水气球两部分构成：方形盒内壁上覆盖一层导电铜箔，导电铜箔表面粘一层尼龙薄膜，将导线放入注有氯化钠水溶液的气球，再将制作好的水气球放到方形盒中，这台发电机即可投入使用。

“根据摩擦起电原理，当气球和尼龙薄膜相互碰撞摩擦时，两种薄膜的表面会带上等量的异种电荷。当两种薄膜做接触—分离运动时，气球中的氯化钠溶液和导电铜箔就会感应出等量异种电荷，这时连接两个电极的电路中就会产生交变电流。”项目执行人夏克泉解释说。

据介绍，由于水气球具有一定的弹性和可拉伸性，因此即便受到低频率的外力作用，也会和尼龙薄膜不断碰撞摩擦，并在表面不断积累电荷直到达到饱和，进而产生多倍频的输出电流。根据实验测试，在1.5赫兹的工作频率下，这款发电机短路电流的瞬时峰值可以达到147微安，开路电压的瞬时峰值可以达到1221伏。

值得一提的是，这一多倍频高性能摩擦纳米发电机可收集任意方向的机械能，在海洋能收集方面具有广阔前景。相同条件下，它在一个工作周期内的总转移电荷是传统摩擦纳米发电机的28倍。用胶带解决锂电池痛点：减少枝晶产生 延长电池寿命

莱斯大学的科研团队以胶带为切入点，结合一些先进的激光技术，开发出了极具前景的新型电极材料。这种材料能克服当前锂离子电池长期存在的问题，并有望大幅提升电池的性能。

锂金属电池是指将传统上用作阳极（两个电极之一）的石墨换成纯金属锂的电池。由于这种材料具有非常高的能量密度，金属锂可以使电池的充电速度大大加快，容量也可达到 10 倍。

不过锂离子电池也存在一些不足，其中比较麻烦的一点就是“枝晶”（dendrites）。在充电过程中，这些树枝状突起会在阳极表面形成，并可能导致电池短路、失效或起火，因此大量的电池研究都集中在扼杀它们。

来自莱斯大学的科研团队在这个领域有了新的突破，首先是一条胶带。该团队将胶带贴在构成锂阳极一部分的铜电流收集器上，并用激光对其进行处理，将其加热到2300开尔文（3680°F或2026°C）的极端温度，从而赋予其一些非常有用的新特性。

这一过程将胶带变成了一种多孔涂层，主要由硅、氧，以及少量的神奇材料石墨烯组成。对该薄膜的初步实验表明，它可以作为电流收集器组件的保护层，既能吸收和释放金属锂，又不会让有害的枝晶生长。

在其激光诱导的氧化硅保护涂层中，莱斯大学团队可能已经找到了一种方法来利用这些积极因素，而不会增加多余的锂负担。其实验表明，装有其新涂层的电池表现出三倍于其他 "零过剩 "金属锂电池的寿命，在60个充放电周期内保留70%的容量。

该团队介绍说，该技术快速而安全，不涉及溶剂，并能在室温下进行。因此，它被寄予厚望，认为其具有扩大规模的潜力。新技术能让二氧化碳捕集材料“深呼吸”

日前，天津大学大气环境与生物能源团队针对“膜分离法捕集二氧化碳”取得重大进展，成功研发出新型混合基质膜制备技术，该技术制备的膜材料具备优异的二氧化碳捕集性能。相关成果已作为国际期刊《温室气体：科学与技术》封面文章发表。

“温室效应”是当今困扰人类发展的重大环境问题，二氧化碳排放则是造成“温室效应”的元凶。如何高效捕获并利用人类排放的二氧化碳是科学家关注的焦点。“膜分离法”是一种新兴的二氧化碳捕集技术。顾名思义，这是一种在膜材料帮助下分离二氧化碳气体的技术，具有高效节能、操作简单的特点。

如何让膜材料“深呼吸”，提高气体分离效率，是采用膜分离法捕集二氧化碳的瓶颈难点。天津大学环境学院大气环境与生物能源团队创新思路，打破了以水和乙醇作为聚醚嵌段聚酰胺膜材料制备溶剂的常规做法。他们反复实验，探究不同溶剂对膜气体分离性能的影响。实验结果表明，以N-甲基吡咯烷酮作为制备溶剂，生成的膜材料中碳纳米管分布更加均匀，“更透气”，有效提升了膜材料气体分离效能和速率。用这种新技术制备的混合基质膜，二氧化碳分离性能接近目前此类膜材料的理论分离上限。“新技术为膜分离法捕集二氧化碳提供了新思路。” 天津大学大气环境与生物能源团队成员李润表示，“我们希望这种技术能够为未来燃煤电厂和化工企业处理烟气提供有力支持，在控制温室气体排放等领域发挥重大作用。”