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        鉆瓜科技成果推薦第1期:無源降溫光學超材料織物技術\固體氧化物電池發電/制氫系統/全息打印技術及其裝備/液態金屬電池儲能新技術前沿科技

        2022-05-27 10:26:51 光學超材料 氧化物電池發電 全息打印 閱讀(18607)
        無源降溫光學超材料織物技術通過交叉學科融合顛覆傳統理念,順應全球綠色低碳發展潮流。在暴曬戶外環境下,相較于棉織物,超材料織物織物可為人體皮膚無源降溫近5°C,為持續排汗的模擬皮膚降溫約4°C;可低于國內外知名品牌防曬衣3-7 °C;且可使汽車模型內部降溫超30°C?;诒狙芯窟M展,項目負責人牽頭成立了湖北光谷實驗室運動與健康智能化技術創新中心,加速推動本研究的成果轉化。

        1、無源降溫光學超材料織物技術

        無源降溫光學超材料織物技術通過對織物微觀和宏觀結構調控構成隨機光學超材料體系,可借助大氣透明窗口增強散熱并對太陽輻射波段實現高效阻擋。本項目瞄準國際科技前沿需求研制具有無源降溫功能的超材料織物技術,可無源地滿足戶外降溫需求,是目前解決熱應激問題和應對能源挑戰的有效策略,對世界經濟和可持續發展具有戰略意義。

        無源降溫光學超材料織物技術通過交叉學科融合顛覆傳統理念,順應全球綠色低碳發展潮流。在暴曬戶外環境下,相較于棉織物,超材料織物織物可為人體皮膚無源降溫近5°C,為持續排汗的模擬皮膚降溫約4°C;可低于國內外知名品牌防曬衣3-7 °C;且可使汽車模型內部降溫超30°C。

        基于本研究進展,項目負責人牽頭成立了湖北光谷實驗室運動與健康智能化技術創新中心,加速推動本研究的成果轉化。

        1) 技術優勢

        a. 核心技術領先,產品質量高:無源降溫光學超材料織物技術基于結構-光學-紡織技術的跨領域、多學科交叉協同創新,形態分級的結構設計有效避免了不同波段光譜之間的串擾,實現涵蓋太陽輻射波段至中紅外波段的高效寬光譜調控,具有卓越的無源戶外降溫性能。目前已實現全球領先的降溫織物知識產權布局優勢。

        b.產業化與規?;?/span>:基于可擴展、高通量、全自動的纖維制造技術及先進紡織工藝,制備工藝簡單,成本低,生產效率高,通過進一步產研結合可與紡織業全鏈條完全兼容,突破從實驗室到小試、中試階段的技術瓶頸,實現可穩定產業級的制備體系和大規模應用;

        c.常規成本創造高附加值:無源降溫光學超材料織物以常規服飾的成本創造了遠高于其他產品的性能,因此具有高附加值和高性價比;且可適用于包括人體在內的任何形狀表面,可擴展服務于眾多領域,滿足不同應用場景下的降溫需求。

        2) 性能指標

        對比傳統紡織品:傳統織物無法在高溫暴曬的戶外環境為人體進行有效的降溫防護,智能降溫織物可顯著提高人體熱舒適且不需要任何外部能量輸入。在正午時間段的模擬人體測試中(廣州,2020年11月28日),降溫織物所覆蓋的模擬皮膚相較于棉、氨綸、雪紡、麻一系列同色商業面料可低5-7 °C。在人體表面降溫測試中,相較于商用白色棉,降溫織物可對人體體表降溫近5°C(廣州,12月7日);在模擬人體排汗降溫測試中(天津,2021年5月5日),降溫織物相較于白色棉織物可降溫4°C。

        對比商用戶外產品:智能降溫織物具有優異的防曬降溫性能,且非瞬時涼感,永久可控降溫。在正午時間段的模擬人體測試中(廣州,2020年11月30日),降溫織物可低于北面、狼爪、哥倫比亞、駱駝、蕉下多個國內外知名品牌的防曬衣3-7°C;在模擬汽車測試中(廣州,2020年12月7日),相較于市售車衣,降溫織物可為汽車模型內部降溫超27°C,相較于無覆蓋小車,可降溫超30°C,展現卓越的性能。

        2、固體氧化物電池發電/制氫系統

        固體氧化物電池(SOC)是一種全固態電化學能量轉換裝置,以燃料電池(SOFC)模式運行時,它可將燃料中的化學能清潔高效地轉換為電能;以電解池(SOEC)模式運行,它可將電能通過電解水(和/或二氧化碳)以化學能(H2/或CO)的形式儲存起來。SOC具有清潔、高效、靜音、可模塊化、燃料來源廣等優點,用于智能電網削峰填谷以及海水制氫等。被認為是為碳中和而生的根本性能源變革技術,在服務我國氫能戰略和實現“雙碳”目標等方面具有獨特優勢。

        1、大面積單電池:尺寸15×15 cm2,功率密度1.14 W/cm2,衰減率0.6%/1000h;

        2、電堆:功率300 W-2.5 kW,功率密度0.4 W/cm2,發電效率55%,7次以上熱循環;

        3、發電系統:功率300 W-5 kW,發電效率46.5%,能量利用率80%;

        5、制氫系統:電解功率1 kW-10 kW,直流能耗3.5kWh/Nm3,水蒸汽轉化率≥70%,電解效率≥85%。

        3、全息打印技術及其裝備

        全息打印是利用激光相干存儲三維實物全部信息后,通過全息打印設備輸出可裸眼觀察的三維圖像的打印過程。彩色全息打印關乎國家安全和民生安全。激光全息光聚合物材料和全息打印裝備是實現全息打印的關鍵,全息光聚合物材料長期被美國杜邦、德國科思創等少數外國企業壟斷,全息打印裝備也由美國斑馬公司控制,無論是打印材料還是打印裝備我國均受到嚴密的技術封鎖。成果基于“光引發阻聚劑”的全息光聚合物制備思路,通過具有光引發與光阻聚功能兩種不同自由基的競爭與協同,實現全息光聚合物的可控相分離,制備出衍射效率高、光散射損失小的全息光聚合物材料;創制了母版全息、實物全息、數字全息等多種彩色全息圖像存儲技術;依靠全息打印工藝、控制與裝備集成化設計實現了裸眼三維彩色全息圖像和多功能圖像存儲。

        國內唯一的、具有自主知識產權的技術。全息記錄材料廣泛,包括:光降解高分子材料、光導熱塑性材料、光折變材料、光聚合材料、光致異構化材料;物光和參考光的強度:0.1-10 mW/cm2;激光波長380-800nm;功率:1-1000mW;全息記錄材料的邊長:10-500mm;曝光時間:50 ms-50秒??蓪崿F母版、實物、數字圖像的彩色全息存儲。

        4、液態金屬電池儲能新技術

        儲能技術是解決大規??稍偕茉锤咝刖W,實現碳達峰、碳中和戰略目標的重要途徑。新型液態金屬電池,采用液態金屬和無機熔鹽作為電極和電解質,具有壽命長、響應快、成本低、安全可靠等優勢,是規模儲能應用領域的理想選擇。電池設計與工作原理為:電池正負極均為金屬,電解質為無機鹽,運行時正負極金屬和無機鹽電解質均為熔融態,液態金屬與無機熔鹽互不混溶,且由于密度差自動分為三層。在設計電極和電解質材料時,上層負極液態金屬密度最小,下層正極液態金屬密度最大,中間熔鹽電解質層密度居中,熔鹽電解質兼作正負極間隔離層。

        近年來,團隊先后開發了環境友好、成本低廉的鋰-銻-錫體系,以及電壓較高,成本更低的鋰-銻體系,可以實現150 Wh/kg的能量密度,高電壓、高比能的鋰-碲-錫等液態金屬電池新體系;攻克了大容量液態金屬電池構建的關鍵技術,實現了300 Ah大容量液態金屬電池單體;解決了大容量電池界面的穩定性難題,實現大容量電池的長效服役(運行4年/2200圈,容量無衰減,目前仍在運行);突破了電池成組與高效管理技術,實現了5kW/30 kWh電池堆的示范驗證。

        液態金屬電池在規模儲能應用方面具有非常明顯的優勢:無須考慮傳統固態電極材料的結構穩定性問題,同時摒棄了成本較高的電池隔膜,液態金屬電池壽命長(預期壽命20年/15000循環以上);電池材料成本和制造成本較低,可以滿足大規模儲能的低成本要求(預期低于1000元/kWh);電池采用不可燃的熔融無機鹽作為電解質,安全性高;全液態結構的液/液界面電荷轉移速度快,反應過電位低,能量轉換效率高,可以實現較高倍率充放電;特別值得一提的是,全液態電極/電解質可以實現自裝配,電池容易放大和生產。因此,液態金屬電池技術在面向大規模的電網儲能,中長時間尺度(若干小時及以上)的出力平滑、可再生能源入網、調峰及分布式系統能量管理等應用場景中具有明顯的優勢。

        5、高效、環保太陽熱反射材料

        針對瀝青路面的高溫病害以及產生的熱島效應問題,通過研制一種應用于瀝青路面具有相變儲能功能且綠色環保的水性聚氨酯熱反射涂料(WPUR)。WPUR通過相變樹脂與功能填料同時對太陽輻射進行吸收或反射,達到協同降溫效果。

        WPUR可以降低瀝青路面20℃左右,具有較好的耐候、耐磨和粘接性能。目前,WPUR涂料的研制處于中試階段,已在重慶交通大學南岸、雙福校區鋪設試驗路段。

        WPUR不僅在道路方面具有較好的應用,在房屋建筑表面涂刷WPUR可降低室內溫度,減少空調使用,節約能耗;在公園步道鋪設WPUR可降低環境溫度,提高舒適性;在化工儲罐涂刷WPUR可降低內部溫度,減少安全事故的發生。

         

        以上成果為經過個人篩選,認為有一定應用前景的成果或技術,僅供大家參考。如果有哪方面領域的技術信息需求,可以聯系我,我定向征詢并發送,并推動與技術負責人的對接,促進成果的實施應用。相關企事業單位在經營過程中有任何需求都可以聯系,我利用各種渠道謀求解決或聯系相關單位,合作共贏。趙暉(18622028255,微信號:zhao07180608)


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