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化工材料是指在化學化工過程中應用或通過化學化工過程所生產的材料。化工新材料是指在化學化工研發、制備和應用過程中，有新結構、新方法、新性能指標、新應用的化工材料，是國民經濟基礎性產業。化工新材料應用領域門類繁多，大多都涉及到高技術領域，如化學儲能材料、光電轉換材料、光催化材料、電子材料、汽車高鐵用材料、航空航天用材料、先進復合材料、高性能功能性涂料和粘合劑等。為適應我國新興產業和高技術產業的發展，化工新材料科技和產業的發展速度也較快。據《中國石化報》報道，2023年我國化工新材料消費達4175萬噸，這些新材料的研發與應用，對于支持我國先進制造業的發展，提升產品的附加值，具有重要的意義。

國家能源局網站公布的數據顯示：截至2023年底，我國電力工業中太陽能發電裝機量占總發電裝機量的20.8%，風力發電裝機量占總裝機量的15.1%，風電和光伏發電量已經占國家發電總裝機量的1/3以上，風和光發電總量已經超過了城鄉居民生活用電量。硅基光伏發電技術較為成熟，其成本也已經較低。近年來，鈣鈦礦太陽能電池技術快速發展，穩態能量轉換效率約達26%。有機聚合物太陽能電池具備柔性和輕質特點，但是聚合物光伏材料價格仍較貴。可喜的是陜西師范大學王曉晨教授團隊聯合橙子（遼寧）材料科技有限公司，將需要十余步合成的聚合物光伏材料（X1）簡化到五步，并實現了產業化。光電轉化效率達到18%以上，成本降低70%以上，使聚合物基光伏大規模商業化變為可能。在風電領域，吉林化纖的高模量碳纖維在風電葉片領域占據了重要市場份額，上海石化成功研制出48K大絲束碳纖維，填補了國內空白，產品在風電葉片制備中有應用優勢。

風電和光電由于能源來源的間歇性，上網比例的有限制性，需要配套儲能電站。化學儲能無疑是主要儲能方式之一，主要是鋰離子電池儲能，其材料和電芯制造技術達國際領先水平。國家能源局批準建設的第一個大型液流電池化學儲能國家示范項目——大連液流電池儲能調峰電站順利并網，完成整套啟動試驗。2024年11月工信部公開征求對《新型儲能制造業高質量發展行動方案（征求意見稿）》的意見指出：引導上下游穩定預期，完善配套體系，支持產業鏈上下游企業加強供需對接，推動形成產業鏈融通發展的協同聯動機制。無疑給儲能業吹來健康發展的東風。

光催化材料與光催化反應：在光催化材料存在下，光能促進某些化學反應發生，目前主要集中在光催化降解有機物實現廢棄有機物的無害化處理，蘇州大學路建美團隊合成多種特殊結構光催化材料應用于工業有機廢氣處理，取得了良好的經濟和社會效益。　　

高性能有機纖維是國民經濟建設的關鍵材料，廣泛應用于航空航天、電子、電力、高鐵等領域。目前，對于芳綸纖維、聚對苯撐苯并二惡唑（PBO）纖維等材料，我國是緊跟美日歐等國發展，產品基本滿足使用；在高強高模聚酰亞胺（PI）纖維制造技術方面，北京化工大學武德珍團隊與江蘇先諾新材料有限公司合作，2024年建成700噸/年生產裝置，生產高強3個牌號，高模3個牌號PI纖維，制備技術和產品指標處于國際領先地位。產品牌號及性能見表1。

表 1  2024年我國部分高強高模PI纖維產品牌號及性能

高性能涂料領域：涂料是給制造業制成品穿衣戴帽的產品，據報道，2024年1—9月我國涂料總產量2639.8萬噸，與去年同期持平。由于新質生產力的發展，比如風電、儲能電池、微電子產業、高鐵等領域的發展，也帶動涂料往這些產業的跟進發展。環保涂料仍是涂料界的重要話題。水性涂料、光固化涂料、無溶劑涂料和粉末涂料等環境友好型涂料得到了長足發展。北京化工大學李效玉團隊研發的聚醚型超支化環氧樹脂，以其低黏度和高官能度，應用在無溶劑環氧樹脂防腐涂料制備中具有十分明顯的優勢，超支化環氧樹脂改性無溶劑環氧樹脂防腐涂料具有低黏度特性，黏度小于2Pa?S，可以室溫使用混氣噴槍噴涂清漆和色漆薄涂層（50～60μm），涂層的沖擊韌性為100cm，耐中性鹽霧性能大于2000h，耐10%硫酸水液大于960h。

高性能粘合劑行業：從膠粘劑各品種的統計數據來看，由于光伏產業的發展，光伏用的有機硅密封膠、熱熔膠膜和反應型熱熔膠膜需求量增長，2023年有機硅類膠粘劑增長率高達13.7%，乙烯-乙酸乙酯共聚物（EVA）樹脂類熱熔膠增長率為13.4%，聚烯烴熱熔膠增長率為11.1%。用于消費電子、鋰電池、新能源汽車、家用電器等領域的雙面膠帶、標簽及廣告貼、保護膜等的發展，使丙烯酸酯類膠粘劑增長率為8.3%。在微電子行業用高性能膠粘劑方面仍處于跟進研究階段。

《化工新型材料》雜志是中國化工學會化工新材料專委會的會刊，專委會與《化工新型材料》編輯部協作，從2024年起，每年組織專委會專家編寫我國當年化工新材料科技和產業進展情況，供廣大讀者參考。

1. 2024年化學儲能及儲能材料進展

為落實“雙碳”目標，2024年，我國風能、太陽能發電新增裝機容量將超過3億千瓦，累計裝機容量將超過13.5億千瓦。隨著能源結構由化石能源向新型能源體系調整，而風能、太陽能等可再生能源存在間接性能源特性，具有不連續、不穩定、不可控等劣勢。為保證電力系統的穩定運行，2024年新型儲能電站的裝機大幅度增加，新增電化學儲能裝機功率預計會達到30億千瓦。預計鋰離子電池的占比將超過95%。鋰離子電池材料和電芯制造技術我國已處于國際領先水平。

2024年，固態鋰離子電池（SSLB）材料的研發，特別是在提升能量密度、功率密度和循環壽命等方面都取得了進展。新材料和結構設計的突破正逐步解決限制SSLB廣泛應用的瓶頸問題。

正極材料方面，鐵基鹵化物正極材料表現出比傳統氧化物正極材料更好的界面兼容性和價格優勢。FeCl3正極材料與LiFePO4的能量密度相近，LiFeCl3正極材料在具有高離子導的同時具備多電子轉移能力，電極層面的能量密度為傳統氧化物正極材料的1.5倍。此外，均質化正極材料Li1.75Ti2(Ge0.25P0.75S3.8Se0.2)3實現了正極層面全電化學活性化，使其具備20000圈以上的循環壽命。

固態電解質方面，氯化物材料Li2.9In0.75Zr0.1Sc0.05Er0.05Y0.05Cl6通過高熵策略實現高離子導（2mS/cm）和高氧化穩定性（4.6V vs. Li+/Li）。氮氧鹵化物材料0.5LiOH-Li7N2I實現了對鋰金屬負極的兼容。低成本鋁基鹵氧化物材料僅利用反應放熱自發進行合成反應達到mS/cm級別的離子電導率。固態鋰電池器件方面，多家企業已實現10Ah級固態電池器件的試制。

可再生能源在能源結構中的比例大幅度增加，本征安全、大規模、長壽命、長時儲能的釩液流電池儲能技術得到了廣泛的關注。其新增裝機容量將從2023年的50兆瓦/210兆瓦時增加到2024年的800兆瓦/3400兆瓦時。

釩液流電池的關鍵材料主要包括：電解液、雙極板、離子交換（傳導）膜及電極材料。釩液流電池電解液的儲能介質，對4h儲能系統電解液的成本占系統總成本的50%以上。電解液的原料是氧化釩，氧化釩的來源主要是釩鈦磁鐵礦煉鋼的副產品、石煤提釩和廢催化劑提釩。2024年釩鈦磁鐵礦煉鋼企業都加大了氧化釩的產能。電解液生產工藝不斷創新，由原來的高純五氧化二釩生產電解液工藝，轉為由提純的釩離子溶液直接制造電解液的工藝。降低了電解液的成本。2024年我國電解液的產能約為20萬立方米。

在液流電池用電極材料方面，電極用聚丙烯腈預氧氈的生產主要依靠在中國國內建廠的外資企業，碳化、石墨化生產實現了完全國產化。2024年電極的產量大幅度提高，達到年產400萬平方米，可滿足液流電池電堆生產的需要。

液流電池用雙極板主要為碳塑復合雙極板和膨脹石墨雙極板兩大類，2024年我國液流電池用雙極板的產量完全滿足了液流電池電堆生產的需要。

液流電池用離子交換（傳導）膜材料主要分為全氟磺酸離子交換膜和非氟離子傳導膜兩大類。2024年，實現了全氟磺酸樹脂的國產批量化生產，國產的全氟磺酸離子交換膜的產量基本滿足國內液流電池電堆的需要。可焊接的復合非氟離子傳導膜實現了小批量的生產。

在鈉離子電池鐵系復合聚陰離子型正極材料領域，開發出高比能、高可逆鐵系復合磷酸鹽系正極材料，組裝的扣式電池可以滿足0.1C下克容量為121.8mAh/g，放電中壓為3.26V，首效為95.4%；組裝的Ah級軟包電池電芯比能量超過120Wh/kg，1C能量效率超過90%，1C循環1000次容量保持率超過90%。在碳基負極材料方面，開發出具有豐富閉孔結構的系列碳基負極材料，所研制的碳基負極材料具有低成本、儲鈉容量高和動力學快的優勢。并實現了碳基負極的小試放大制備。組裝的扣式電池，首次庫侖效率為91.5%，0.1C可逆克容量大于340mAh/g，5C可逆克容量大于200mAh/g，150圈循環后容量保持率為98%；組裝的軟包電池，0.1C可逆克容量大于310mAh/g，5C容量保持率大于200mAh/g。

2. 2024年光伏材料技術與產業進展

發展光伏技術是推動可再生能源利用的重要舉措。隨著“雙碳”目標的深入推進，分布式光伏在能源轉型中扮演著日益重要的角色。為彌補傳統硅晶電池的局限性，聚合物、鈣鈦礦太陽電池等新興薄膜光伏技術應運而生。這些技術憑借高弱光效率、柔性、加工工藝簡單等獨特優勢，極大地拓展了光伏應用場景，使其能夠融入城市基礎設施和消費電子領域，如光伏建筑一體化、車載光伏、室內光伏及便攜式可穿戴設備等。近年來，這些技術在能量轉換效率和大規模制造技術方面取得了顯著進展，這對于提升其競爭力并邁向商業化至關重要。

與硅晶電池不同，有機太陽電池具備柔性、輕質和可溶液加工等特點，在可穿戴設備和透明光伏器件等領域展現出廣闊的應用潛力，也是全球新興光伏技術布局的重要技術方向之一。近年來，中國研究人員通過設計窄帶隙類小分子受體（如ITIC和Y6），克服了富勒烯受體的局限性，推動了這一領域的快速發展。在器件制備中，為實現接近Shockley–Queisser（S-Q）極限性能，需要通過分子設計和器件工程降低能量損失、并優化納米結構，以提升開路電壓、增強光電轉換效率。近期，研究人員成功制備了高效三元器件，實驗室小面積器件效率超過20%，模組器件效率達到18%，展示出良好的商業化前景。然而，當前領域發展仍面臨若干關鍵挑戰，包括：低成本、高性能有機光伏材料的規模化制備；針對特定應用場景的大面積功能器件和組件的制備技術與工藝突破。

鈣鈦礦太陽能電池利用有機金屬鹵化物鈣鈦礦材料作為吸光層。近年來，該技術快速發展，單結鈣鈦礦電池的能量轉換效率從2009年的3.8%提升至2024年的認證穩態效率26.7%。當前，鈣鈦礦電池面臨的主要挑戰，包括：材料穩定性不足，鹵化物鈣鈦礦在紫外光照、潮濕、熱輻射、氧氣等環境下易分解，影響器件壽命；界面缺陷問題，溶液法制備的多晶鈣鈦礦薄膜存在大量表界面缺陷，導致離子遷移加速材料老化，并引發非輻射電荷復合，限制光伏性能。

鈣鈦礦電池的理論光電轉換效率可達33%，并可通過疊層技術提升。鈣鈦礦與晶硅疊層電池的極限效率高達43%，遠超單結太陽電池的S-Q極限效率（33.7%）。目前，單結晶硅電池效率難突破30%。2024年，隆基綠能通過優化電子傳輸層沉積工藝、引入高效缺陷鈍化材料、設計高質量界面鈍化結構，實現了晶硅-鈣鈦礦疊層電池的突破性進展。經歐洲權威機構認證，該電池的光電轉換效率達34.6%，刷新了此前的世界紀錄（33.9%）。該疊層技術與現有晶硅電池工藝兼容，具備升級現有太陽電池技術的潛力。相比其他類型的疊層太陽能電池，鈣鈦礦/有機疊層電池作為新興技術備受關注。其設計采用寬帶隙鈣鈦礦材料作為頂電池吸收短波長光，窄帶隙有機活性層作為底電池吸收近紅外長波長光，從而顯著拓寬太陽光譜利用范圍并降低能量損失。這種結構還具備多重優勢：鈣鈦礦子電池可過濾高能量光子，保護有機層免受光降解；有機子電池作為封裝層，有效隔絕水氧，提高環境穩定性；此外，中間透明電極層能緩解鈣鈦礦頂電池負極處的離子擴散問題，使其穩定性優于單結鈣鈦礦和單結有機電池。鈣鈦礦/有機疊層電池還保留了可溶液加工的優勢，為大規模低成本制造提供了可能性。近期，李永舫院士團隊與國際合作者實現了26.4%的光電轉化效率（經第三方認證為25.7%），刷新了此類疊層電池的效率紀錄。

（未完待續）