【材料日报】新型氢气传感器,“神奇”合金与vip.hg888.org|首页电池,用于产业的燃料电池系统

2018-03-17 标签: vip.hg888.org|首页

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[导读] 争取在2020年以后燃料电池汽车(FCV)和加氢站等氢市场扩大时实现实际应用.2密歇根大学:“神奇”合金激发下一代vip.hg888.org|首页电池...


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日本东芝开发兼具快速检测和

低耗电性能的氢气传感器



2017年6月20日,日本株式会社东芝(以下简称“东芝”)宣布成功开发出一种氢气传感器,可在不下降检测速度的前提下,将耗电下降到之前的约1/100以下


为了避免地球继续变暖,现在全球都在加紧开发可以完成氢社会的技能。但是,氢气作为一种可燃气体,为了保证其使用时的安全,必须在发作走漏时及时快速地检测到,为此目前非常需要能够快速检测的氢气传感器。


另外,虽然氢气传感器靠电池驱动可以方便其安装在各种场合使用,但是要依靠电池电力随时进行氢气检测,必须要尽量降低氢气传感器的耗电。然而,由于传统的氢气传感器在进行感应时往往需要通过加热器进行加热,所以其耗电大(数十毫瓦~数瓦)一直是个亟待解决的问题。若想提升传感器的检测速度,则需要频繁地加热,因此,传感器的检测速度和耗电性能之间其实存在一种此消彼长的权衡(trade-off)关系


为此,东芝应用其在半导体领域中培养的加工技术,开发了一种其独有的、在传感器薄膜上运用钯类金属玻璃的MEMS结构,成功使传感器兼具了快速检测和低耗电特性。东芝此次开发的氢气传感器中使用了无需一直加热便可检测氢气的、低耗电、容量型MEMS结构,因此可以在之前约1/100的耗电量——100μW级别下进行工作。另外,该传感器还可在半导体生产线上进行生产,所以能够实现低成本量产


东芝表示,他们今后将继续以此次成果为基础,进一步优化传感器的结构和生产工艺,争取在2020年以后燃料电池汽车(FCV)和加氢站等氢市场扩大时实现实际应用。



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密歇根大学:

“神奇”合金激发下一代vip.hg888.org|首页电池研究


2017年6月15日,密歇根大学的研究人员开发了一种新的半导体合金,可以捕获近红外光,该项研究朝着称为“集中器光伏电池”的下一代vip.hg888.org|首页电池迈出了一大步。



这种新材料更容易制造,成本至少低25%,并被认为是世界上最具成本效益的材料,可捕获近红外光,且与砷化镓半导体相兼容


“集中器光伏电池”收集并将阳光聚焦到由砷化镓或锗半导体制成的小型高效vip.hg888.org|首页电池上。该技术有望实现50%以上的效率,而传统的平板硅vip.hg888.org|首页电池已经接近了其效率极限。


目前市面存在多种“集中器光伏电池”,其由三种不同的半导体合金制成,并层叠在一起。以分子束外延的方法喷涂到半导体晶片上,每层只有几微米厚。不同的层可以捕获太阳光谱的不同部分,通过上一层的光被下一层捕获。


但是,通过这些电池的近红外光则不被利用。多年来,研究人员一直致力于研究一种难以捉摸的“第四层”合金,其可以夹在电池中并捕获近红外光。目前对这种合金的要求很高,其必须具有成本效益、稳定、耐用以及对红外光敏感等特点,且原子结构需要与vip.hg888.org|首页电池中其他三层相匹配。


集合所有正确的变量并不容易,到现在为止,研究人员一直坚持使用五种元素或更多元素的昂贵的配比才能满足要求。为了找到一个更简单的配比,Goldman的团队设计了一种新颖的方法用于保持该过程中的许多变量。研究团队发现略有不同的砷分子将更有效地与铋配对。其能够调整混合物中氮和铋的量,使其能够消除以前配比所需的额外制造步骤。此外,研究团队确定了正确的温度,使元素能够顺利混合并牢固地粘贴到基材上

研究的进步来自Goldman实验室的另一项创新,其简化了用于调整砷化镓半导体中化学层电性能的掺杂工艺。在掺杂过程中,研究人员应用了称为“规划杂质”的化学混合物,以改动半导体的导电功能,并赋予其类似于电池电极的正负极性,一般负极侧的是硅,正极侧的则是铍。


铍的应用是一个问题,其具有毒性,成本极高。铍对热灵敏,这约束了制作工艺的灵活性。但是,研究团队发现,通过将砷含量降低到以前被认可的程度,其可以“翻转”硅掺杂剂的极性,从而使其在正负极两侧都可以使用更便宜、更安全的元素。


改进后的掺杂工艺和新的合金可以使“集中器光伏电池”中使用的半导体生产成本低30%,这是使高效电池实现大规模发电的重要一步。




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日本京瓷公司开发用于产业的燃料电池系统


2017年6月15日,日本京瓷公司宣布开发出业界首例用于产业的废热发电型固态氧化物型燃料电池系统(以下简称SOFC系统),并将于7月份接受订单。


此次开发的SOFC系统发电输出为3kW,发电效率为业界最高的52%,含排热利用(热水)综合效率为90%,实现高节能性,环保性。在作为发电心脏部的电池堆,采用了用于家用燃料电池ENE·FARM S(700W)的小型、高效、高耐久电池堆(住友电工产品)。发电时通过可以将高温排热有效利用的机器设计,实现高效率系统。


往后,住友电工公司将联合燃气工作从业者,以小规模餐饮业及福利设备等为中心,推销SOFC体系。

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3kW-SOFC系统概要:

发电输出(AC):3kW

额定发电效率:52.0%(LHV,初期値)

额定综合效率:90.0%(LHV,初期値)

尺寸:W 1150mm,D 675mm,H 1690mm

重量:375kg

燃气类型:都市燃气13A

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产品特点:


1.业界最高发电效率52%

SOFC体系搭载了四台用于家用燃料电池ENE?FARM S型(700W)的小型、高效、高耐久电池堆,构成3kW发电输出。经过将发电时产生的高温排热有用使用的机器规划,成功开发高效率体系。发电效率达到业界最高的52%,综合效率达到90%,实现高节能性和环保性。


2.结合电力需求,能够进行负荷追寻转移

SOFC系统根据电力使用量,可以对电力输出进行变动。通过3kW的额定连续运转,在活用基础电源的基础上,活用调整电源。



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