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日本開發出世界首個在大氣壓下

觀測電極催化劑行為的方法

▲此次研究團隊開發的光電子能譜測定用設備

2017年6月28日，在NEDO事業下，日本自然科學研究機構（NINS）分子科學研究所（以下簡稱“IMS”）于世界首次成功開發出使用硬X射線在大氣壓下測定光電子能譜的方法。

燃料電池汽車（FCV）作為一種終極環保汽車，其今后的真正普及備受期待。但是FCV目前還存在固體高分子型燃料電池（PEFC）的低成本化、能夠應對車型增多的燃料電池高功能化（高輸出化、高耐久化）等技術課題。為此，NEDO為2025年以后FCV的真正普及設定了FCV用燃料電池的要求值（成本：堆棧制造成本1000日元/kW以下，堆棧輸出密度：4kW/L以上，耐久性：50,000小時以上，等），并于2015年開始實施“固體高分子型燃料電池利用高度化技術開發事業/普及擴大化基礎技術開發（2015年~2017年）”項目，旨在創造出可以完成上述要求值的燃料電池高度解析、評估技術以及新型材料設計方針。解決FCV用燃料電池的技術課題還同時有助于降低家用燃料電池（ENE-FARM）等的成本、提高性能。

硬X射線是有望提高燃料電池性能的、強大的解析工具。此次在NEDO項目下，日本IMS的研究團隊成功利用硬X射線開發出世界首個在大氣壓下進行光電子能譜測定的方法。

光電子能譜測定可在原子級別上對各種物質進行分析，在燃料電池的開發中被廣泛應用于電極催化劑的研究中。但是，在測定時，往往要保持樣品周圍是大幅低于大氣壓的極低壓力環境（真空狀態），如此便無法觀測在實際工作環境中電極催化劑周圍存在的燃氣與水的共存狀態。

電極催化劑對燃料電池性能會產生極大影響，利用此次IMS開發的新測定方法，便可以在大氣壓下觀測到電池實際工作時電極催化劑的行為。研究團隊表示，他們今后還將高精度觀測電極催化劑的反應和劣化機制，并計劃將觀測結果反饋到催化劑開發階段，以推進燃料電池的高輸出化、高耐久化發展，解決FCV普及過程中的技術課題，進一步幫助擴大引入家用燃料電池（ENE-FARM）。

康奈爾大學的新型納米纖維電極

可用于清潔水中污染物

2017年6月27日，美國康奈爾大學的研究團隊開發了一種創新的、具有成本競爭力的電極材料，可用于清潔水中的污染物。

研究人員開發了電紡碳納米纖維電極，并用導電聚合物PEDOT進行涂覆，以與市售的碳布電極相競爭。當施加PEDOT涂層后，細菌電活性層自然生長產生電力并傳遞電子到新電極上。研究表明，導電納米纖維為這種細菌創造了有利的表面，其從廢水中消化污染物并產生電力。

生物和環境工程博士候選人Juan Guzman表示：“電極現在很貴，然而這種材料可以使電極價格下降，從而更容易清理被污染了的水。

在顯微鏡下，碳納米纖維電極類似于廚房用的刷子。東北大學博士Meryem Pehlivaner通過靜電紡絲和碳化工藝制造了碳納米纖維。靜電紡絲幾小時后，出現了肉眼可見的厚納米纖維片。

Meryem Pehlivaner、Juan Guzman以及生物和環境工程教授Lars Angenent合作將碳納米纖維電極應用于廢水處理及電力生產。

Juan Guzman表示，污水處理廠還沒有采用這種方法。大規模應用時，電極上的細菌可以捕獲并降解流過廢水中的污染物。這種技術可以允許系統占用較少的土地并增加產量以改善廢水處理。

Lars Angenent教授表示：“我們擁有纖維科學家與環境工程師，從一個想法創造現實，可以更好的清潔廢水并降低成本。”

SGL集團與斯圖加特大學用新工藝

將玻纖碳纖復合材料與建筑藝術相結合

2017年6月26日，德國SGL集團介紹了其與德國斯圖加特大學合作，將其SIGRAFIL®50k碳纖維產品應用到了景觀建筑的構建中。斯圖加特大學的計算設計與建筑研究所（ICD）和建筑結構與結構設計研究所（ITKE）受到蘋果葉蛾利用長絲結繭的啟發，開發出一種基于長絲的新型工藝方法，利用玻璃纖維和碳纖維制成了復合材料構建的景觀亭子。

▲設計和制造過程（上）；成品圖（下）

（視頻參考：https://vimeo.com/212074407）

SGL的SIGRAFIL®50k碳纖維通常用于移動交通和能源行業，從汽車行業、航空行業到風能行業。這種新一代的大絲束碳纖維非常適用于自動化生產過程，并已經在寶馬i3、i8以及最新的寶馬7系等應用中使用。此次，SGL為斯圖加特大學的建筑項目提供了104公里的碳纖維，這些碳纖維的生產基地位于美國華盛頓州的摩西湖。

針對這種長跨度的纖維復合材料結構的構建，工程師們參照的模型是蘋果葉蛾幼蟲使用它的長絲在櫻桃和蘋果樹上旋轉結繭的過程。團隊使用玻璃纖維作為構型模板，再使用碳纖維材料作為拉力和壓力的負載材料。由于碳纖維重量很輕且具有較高的拉伸強度，構建過程可以采用完全不同于傳統的方法，使用多個可交互的機器人系統對纖維進行了精確地處理。這種方法可以實現長跨度纖維復合材料的規模化生產，為材料將來在建筑設計領域的更廣泛應用帶來了更多可能。

SGL集團復合材料-纖維與材料（CFM）業務部負責人Andreas Wuellner表示：“對于我們公司來說，碳纖維部件生產工藝的不斷發展是一個重要的課題，這也是為何我們正在積極與斯圖加特大學的項目團隊開展交流。”