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有机高分子研究方向

2017年05月19日 17:06  点击:[]

 

目前,有机高分子光电材料重点实验室”的研究方向主要为有机高分子光伏材料、有机高分子储能材料和有机高分子节能材料,现就三个研究方向介绍如下:

1.有机高分子光伏材料

转变太阳能是以发展高性能的太阳能电池技术为核心。时至今日,已经开发面世的各种太阳能电池大体包括以下几种:无机太阳能电池(主要以硅太阳能电池为主)、染料敏化太阳能电池和具有广阔发展前景的有机聚合物太阳能电池。到目前为止,占领太阳能电池领域绝大多数份额的仍然是传统的硅太阳能电池,几乎都是由高纯度的无机硅材料制备所得,优点是制备该电池技术成熟、成本低且上下游产业链已经完全形成,较易控制产品质量和成本。但其缺点也尤为明显,硅太阳能电池制备工艺程序繁杂,能耗巨大并且环境友好性差,所得的电池柔韧性不好并且寿命较短,这一系列问题严重制约了硅太阳能电池的发展。20世纪90年代开始,染料敏化太阳能电池的研究和发展取得了令人瞩目的成就,光电转换效率得到显著提高,可达10%左右,并且大幅度降低了太阳能电池的制作成本。但是,该类太阳能电池由于需要使用液体电解液,封装电池时尤为不便,这在一定程度上制约了染料敏化太阳能电池的开发和普及。鉴于此,作为有机高分子太阳能电池的核心,有机高分子光伏材料具有诸多优点,诸如质量较轻、易制备并且成本较低等,受到了越来越多相关研究人员的广泛关注。

能量转换效率普遍偏低是目前有机高分子太阳能电池研究领域里存在的最大问题,究其原因是已面世的光伏材料的吸收光谱同太阳光谱的匹配度不高,加之载流子迁移率低,因此越来越多的研究人员意图通过提高与太阳光谱的匹配性从而提高光伏材料的性能作为改善有机高分子太阳电池性能的有力手段。该电池材料的研究主要有以下两个方面:1、提高光伏材料的吸收光谱与太阳光的匹配性。众所周知,太阳光的最强辐射光谱范围为700-800 nm,而大多数常见的有机光伏材料吸收光谱峰值都低于650 nm,因此,使得有机光伏材料的吸收光谱向红光区移动是优化有机光伏材料的一个有效手段,常见的方法有增加共轭链的长度和在支链上增加一定数量助色基团;2、拓宽有机光伏材料的光谱宽度也是改善该类电池光伏性能的主要方法,因为光伏材料吸收光谱宽度的加大更利于其吸收更多的太阳光,从而起到提高太阳光利用率的作用。

2.有机高分子储能材料

过去30年,我国经历了高速的经济发展,同时也为此付出了沉重的环境代价,雾霾,气候变暖正逐渐威胁着我们的生活。为此,重建能源体系,进行新能源革命正成为二次工业革命以来最为棘手的世界性问题,而大规模利用和发展风能、太阳能等清洁能源的关键技术之一——储能技术则成为这场新能源革命的前行军。为了扶持储能行业的发展,国务院出台了《能源发展战略行动计划(20142020)》,其中明确提出了提高可再生能源的利用水平和利用率,将储能列为9个重点创新领域之一。储能技术的发展已经吸引了众多世界科研机构和企业的眼球,但储能技术革命更多的还在于储能材料的革命,没有储能材料的革命,绝大多数储能技术便是无本之木、无水之源”。

储能技术的发展是和储能材料的研发休戚相关,大多数储能技术的性能也和先进储能材料的性能密不可分。因此,储能技术的革新更多地建立在储能材料的革新基础之上,比如锂离子电池的电极材料、液流电池和纳流电池的膜材料以及储热和储冷材料等。 

 储能材料在高效、清洁、多功能能源的利用中也发挥了重要作用,是开发可再生能源的关键。开发先进储能材料的战略包括纳米结构型、纳米/微量组合、杂化作用、孔隙结构控制、配置设计、表面改性和组合优化。先进的储能材料及其应用还有一个很重要的特性,即其对上下游产业具有强劲的带动作用,上游涉及到有色金属原材料开采和开发产业,下游涉及到电池、电容器等储能设备产业。行业发展的实践证明,储能材料的发展与储能设备的发展通常是共同发展的,前者制约和决定了后者,而后者又可以反促和带动前者发展。如今,两者在技术上的一体化趋势越来越明显,也就是说开发和应用之间的联系已经越来越紧密,产业结构出现了向上下游垂直扩散趋势。

目前该材料的主要被应用于如下领域:(1)用作控温材料,用有机固一固相变储能材料制成了自动控温的外壳、盖板、散热板,大功率电子元件的吸热池等产品;(2)储热节能家用电器,储热节能的电饭锅、电焖锅、电熨斗等产品;(3)大功率电子元件的热调控,如用于电脑处理器、大功率输出电子元件的吸热池和界面传热材料;(4)空调系统的中间热介质,将有机相转变材料用于空调设备系统的中间热介质,可以有效地降低压缩系统的温度和压力,提高设备的热效率;(5)用作调温材料,如现在已经流通于市场的自动调温房屋建筑材料,自动调温服装、被褥等,自动调温的泡沫塑料材料。 

3.有机高分子节能材料

工业能耗、交通能耗和建筑能耗是国际能源消耗的三大主要组成,尤其是建筑能耗随着世界各国建筑总量的不断增加和居住舒适度的提升,呈现急剧上升的趋势。根据世界各国签订的“环境公约”,至2050年,通过技术手段,使建筑物的总体能耗减少60%各国亟需实现的关键目标。

目前,我国的能源消费已占据世界能源消费总量的13.6%,建筑能耗已占我国的总能耗的28%左右,居全国各类能耗之首。并且,在十三五”这一关键时期,我国建筑能耗急速增长的趋势将非常明显,该领域能耗势必会成为制约我国经济社会发展的重要因素。因此,绿色节能建筑材料的发展,不仅与人民群众生活水平的提高密切相关,而且也关系到国家能源战略和资源节约战略的实施,同时还关系到全球的气候变化与可持续发展。 

在这种情况下,遮阳技术既是建筑节能技术的重要内容,也是其发展重点,其中智能遮阳技术代表着建筑节能技术的发展方向。目前,在智能建筑用遮阳节能薄膜材料方面,主要是电控调光膜和温控调光膜两大类。 

在电控调光膜的应用方面,目前电控遮阳板装置和高分子分散液晶(Polymer dispersed liquid crystalPDLC)薄膜被广泛应用于建筑物的电控遮阳方面。

在温控建筑节能薄膜材料的基础研究方面,国内外学者主要集中在二氧化钒的热-光特性、温敏性高分子水凝胶这两个方面的研究。

 

 

 

 

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