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新興能源的開發(fā)是世界各國關(guān)注的重點,與此相關(guān)的新材料、新技術(shù)研發(fā)是近年的研究熱點。
能源礦物材料是指能實現(xiàn)新能源的轉(zhuǎn)化和利用以及發(fā)展新能源技術(shù)所需的礦物材料,一些天然礦物具有獨特的成分、礦物復(fù)合材料結(jié)構(gòu)或者形貌,并且來源廣泛、價格低廉,可用作電池、電容器材料或作為載體或模板制備催化材料或電池、電容器材料,也可用于制備光伏用材料、儲氫儲氣材料、相變儲能材料和高導(dǎo)熱材料等,滿足新能源領(lǐng)域的發(fā)展需求。
1、電池材料
礦物材料可作為原料或與其他材料復(fù)合用作電池材料,其中部分礦物提純、處理后可直接用作電池材料。
相關(guān)研究進展:
Chen等以天然海泡石為原料制備出一維硅納米棒,將其作為鋰離子電池的負極材料,礦物復(fù)合材料顯示出良好的循環(huán)穩(wěn)定性。
Fan等將天然黑滑石進行酸處理制備出新型氟碳材料,作為鋰離子電池負極,表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。
Jiang等以天然輝鉬礦為原料,經(jīng)過破碎、磨礦、浮選、機械剝離和分級工藝制備出了一系列不同粒徑的片狀MoS2,獲得了具有高容量的鋰離子電池負極材料。
Zhou等以天然黃銅礦為原料,通過簡單的浮選和酸浸工藝制備得到了產(chǎn)率高、純度高的微米級CuFeS2,礦物復(fù)合材料將其作為鋰離子電池負極材料,顯示出了優(yōu)良的倍率性能和良好的循環(huán)性能。
Nair等利用天然輝銻礦粉體作為真空鍍膜太陽能電池的蒸發(fā)源,得到的Sb2S0.5Se2.5太陽電池的轉(zhuǎn)換效率為4.24%。
2、儲氣材料
化石燃料的日益消耗,使人類面臨著能源短缺的嚴峻考驗。氫能以及甲烷等新型能源的有效開發(fā)和利用需要解決氣體的制取、儲運和應(yīng)用三大問題。由于氣體燃料極易著火和爆炸,其運輸和儲存成為其開發(fā)利用的核心。
有研究顯示,黏土礦物對頁巖氣藏的形成和開發(fā)具有一定的積極意義,并且具有儲氣性能。也有研究將坡縷石、微孔活性炭、沸石等進行復(fù)合用于儲氫,結(jié)果表明結(jié)構(gòu)可調(diào)的新型材料是未來儲氫介質(zhì)的發(fā)展趨勢。
相關(guān)研究進展:
Liu等研究發(fā)現(xiàn)在高壓條件下,蒙脫石、高嶺石及伊利石對CH4的具有良好的吸附性能;
Jin等發(fā)現(xiàn)管狀埃洛石具有良好的穩(wěn)定性和高的氫吸附能力,在室溫儲氫方面有極大潛力;
不同礦物材料的復(fù)合,是儲氣材料新的研究方向。有研究以凹凸棒石為模板制得介孔凹凸棒石/碳復(fù)合材料,具有良好的儲氫性能。
3、儲熱保溫及耐火材料
相變儲熱材料成為建筑節(jié)能外墻保溫隔熱材料研究的新方向,近十年來,以礦物棉、膨脹珍珠巖、膨脹蛭石、黏土礦物(凹凸棒石、埃洛石、高嶺石、蒙脫石)、硅藻土等為原料制備新型保溫隔熱材料的研究取得了較大進展,一批有應(yīng)用潛力的新型礦物材料被研發(fā)出來。
相關(guān)研究進展:
Gao等利用珍珠巖尾礦制備了一種新型泡沫保溫材料,其質(zhì)輕且隔熱性能優(yōu)異。
趙英良等以偏高嶺土為主要原料,制備出新型保溫材料。
4、發(fā)光功能礦物材料
天然螢石具有發(fā)光性能,因此螢石結(jié)構(gòu)的化合物可作為很好的發(fā)光材料基質(zhì),通過稀土離子摻雜可制備性能優(yōu)異的發(fā)光材料。除此之外,還有冰晶石結(jié)構(gòu)及磷灰石結(jié)構(gòu)的熒光粉被制備出,其發(fā)光性能和能量傳遞機理也有詳細的研究。
相關(guān)研究進展:
Yang等采用高溫固相燒結(jié)方法合成了系列螢石結(jié)構(gòu)的熒光粉;
Lv等制備了基于黏土礦物的熒光材料,可用于對液相和氣相中的苯酚的檢測和定量。