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实际的电化学技术应用并非局限于电池和电镀,

文章作者:必威-电工电气 上传时间:2019-10-18

电工电气网】讯

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  ■ 电化学技术的钻研重大之一是电能与化学能之间的能量累积与转变,相关器件有二回和叁回电瓶、一级电容器和燃料电瓶。

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新能源行业崛起 为南都电源带来宏大机会

“葱青电瓶”作为储能使用,能时刻储存转变出电能,并能够“因势利导”地动用,那是“土黑电瓶”的更新突破。但哪些在“春光明媚”的储能百货店横空出世,大概是“深碧绿电瓶”当上面对的伟大挑衅。

近日,《Forbes》公布了工业创立世界“叁12位30周岁以下卓越青年”(“30 under 30”)名单,研究开发出可规模化储能的食盐加水储能电瓶——“天蓝电池”的岑嘉俊榜上有名。“深橙电瓶”是怎样?混合食用盐和水,要怎样促成储能?食盐泡水电瓶是不是能与存活可再生能源结合? “栗褐电瓶”的前途在何地?带着这么些主题素材,访员征集了Netherlands能源集团Aqua Battery共同开创者、青少年科学工笔者、化学工程博士岑嘉俊。

  ■使用电动小车能够减去城市的投放污染,但并不意味着一定减弱碳排泄总数,关键要看电能的根源。

现成的储能系统关键分为五类:机械储能、电气储能、电化学储能、热储能和化学储能。方今世界占比最高的是浓缩蓄能,其总装机容量规模高达了127GW,占总储能体量的99%,其次是压缩空气储能,总装机体积为440MW,排行第三的是钠硫电瓶,总体积规模为316MW。

2011-08-14笔者:无名来源:网络

新财富及环境保护节约已经济体改成世纪经济的发展趋势,为考订资源结构,倡导低碳循环经济,抢占新一轮经济进步的战术性制高点,我国已明确将新财富、新财富汽车列为“十二五”国家计谋性新兴行当。作为能量储存和调换的核心部件,蓄电瓶在新财富行当链的升高级中学具备至关心爱抚要的身份,并已改为制约整个行当发展的最关键因素。新财富及相关行业的崛起,为蓄电瓶行当拉动了新一轮的腾飞时机,行当内的才干抢先公司将面对宏大的迈入空间。

南都电源上市前主营业务为通讯备用阀控铅酸蓄电瓶的生育,客户器重为国内及国际邮电通讯运转商及其电源设备经销商,前段时间为国内第三大通讯备用电源代理商。集团现与此同有的时候候提到电动自行车、电动小车用铅酸蓄电瓶和锂离子电瓶的生产,并积极拓宽新财富储能领域。“十二五”时期,公司在各细分市廛面前遇到宏大成长空间,一方面,随着活动自行汽车集镇场保有量以致3G基站数量的小幅加多,新扩大电瓶数量将维持稳固增进,替换电瓶数量将小幅度猛升。另一面,新财富和新能源轿车行当在战术鼓劲下飞快发展,那将带来储能用碱性电池市镇的成才。

储能

储能是扶助新财富大范围并网的关键手艺,也是新资源行当获得突破性发展的主题。国家对新能源行业浓烈、有力的宗旨导向,将拉动储能行当牢固、赶快与广泛的进化。二〇一三年1月,科技(science and technology)部揭橥《国家“十二五”科学和本领升高规划》,显然国内将努力推动新财富和智能电力网的上扬,并做到有关风场示范建设、智能电力网示范园区和合併综合示范区的建设。依据国家有关新财富产业的宏图,推断到后年,国家将共计斥资3万亿元大力发展可再生能源。届时,国内风电装机体量将直达一亿千瓦以上,太阳热辐射能发电则争取达到上千万千瓦。到2050年以往,中中原人民共和国58%的财富以后自于风能、太阳光能等可再生能源。同理可得,中夏族民共和陽光财富大升高在即。新的《可再生财富中长期规划》中提议,到二零零六年中华阳光能光伏发电信分公司体量将实现40万千伏安,二零二零年高达220万千瓦。那象征每年一次光伏发电装机量都将超越过去连年的总量,国内必要也将变得老大焕发。未来风力发电和太阳光能发电的增加空间宏大,必将带动蓄电瓶的新一轮大发展。能够预言,储能用蓄电瓶在此上面的需要将跟着提升。

储能的市集须要还处在早先时期阶段,二〇一三年风电装机容积62364MW,光伏装机体量2700MW,按每1/10功率的装机体积安装储能装置,储能时间按1小时计,则储能市集的需求在6505MWh,以每KWh储能发电站平均建设资金贰仟元计,则总市集195亿。揣摸到二〇一六年风电装机体积到达100GW,光伏装机容积达到5GW,储能市镇供给将达到10000MWh,总商铺达300亿,算计人均增长率19%。据美利坚联邦合众国着名投资银行PiperJaffray测算,将来10-12年环球储能市集将凌驾6千亿英镑,此中中华夏族民共和国市情将侵吞四分三左右。

花费因素是限量储能商业规模扩充的关键瓶颈。最近储能有三种盈利商业情势:1)改良风电/光伏发电的电能利用率,并从当中渔利;2)依据储能装置,从电力网峰谷价格差异中获得;3)离网光伏储能项目,通过面向高电价客商供电,从当中追求利益。第一类改正电能利用率的方式方今还不富有毛利手艺。以100MW的风电场为例,提高10~百分之三十三的发电利用率,每一年可扩张电费一千~三千万元,而储能电瓶的年折旧成本在3000万元之上。

其次类依靠电力网峰谷价差的盈利情势前段时间也面对较长的回收周期,假使峰谷价差0.5元/KWh,铅酸电瓶花费3000元/KWh,则项目标回收周期在11年,经济效益不高。第三类情势前景更加的明朗。如今国家激励“自给式太阳热辐射能发电系统”,以面向高电价工业客商的屋顶光伏项目有一点都不小几率面世明显增高,近些日子此类项指标回收期约6年,且而受制于电力网体制、双向计量电度量提醒仪表等因素,家用系统长时间内不容许大面积并网,而不得不白天致电、夜晚自用,那也将催生国内的蓄电供给,且此中铅酸以绝对的老本优势占有绝对主流,对于南都电源那样的铅酸蓄电瓶龙头集团来讲,时机显着。

固然储能和太阳热辐射能市集竞争激烈,南都电源已对储能行当提前布局,抢占市镇翻糖蛋糕。集团既从遥远思量,又早前方初始,积极发展当前现实的铅酸储能,又积极跟进锂电等新兴储能本事,立下志愿做本国卓绝的储能建设方案提供商。鉴于各样储能技艺各自存在的优劣势,南都电源独创性地建议了磷酸"target=_blank>磷酸铁锂电瓶与高品质铅炭一级电瓶混合储能的方案,即“锂电瓶和铅炭拔尖电池的混杂储能发电站”。该储能电站可完毕铅酸、锂电三种电瓶优势互补,显着提升系统比能量,延长电瓶使用寿命,裁减系统花费,性能价格比完全具有行业化的条件,有非常好的推广应用前景。别的,南都电源成功插手了舟广东福山岛0.5MW风、光、油混合供电系统、内蒙古景色储能发电站、哈萨克Stan80kw独立太阳光能发电系统等利用示范项目。相信集团今后会积极性跟进储能项目,力争行业抢先。

不久前,《Forbes》发表了工业创建世界“叁十一个人三八虚岁以下优秀青少年”(“30 under 30”)名单,研究开发出可规模化储能的食盐加水储能电瓶——“青古铜色电瓶”的岑嘉俊榜上响当当。“血红电瓶”是哪些?混合精盐和水,要怎么样完毕储能?食盐泡水力发电瓶是或不是能与现成可再生财富结合?“淡紫灰电瓶”的前景在哪个地方?带着这几个标题,采访者访谈了荷兰王国财富公司Aqua Battery共同创办人、青少年科学工小编、化学工程大学生岑嘉俊。

“‘丁香紫电瓶’最大的性状在于它可是使用了盐水,以致一种特制的离子交流半透膜,原料优惠易得,在规模化储能的同不常间安全性也获取了维持。”岑嘉俊说。

  ■ 电化学本领能够在七个层面上为条件维护和治理作进献。

1)机械储能

“‘鲑鱼红电瓶’最大的特点在于它独有使用了食盐泡水,以至一种特制的离子交流半透膜,原料打折易得,在规模化储能的还要安全性也收获了保全。”岑嘉俊说。

“土黑电瓶”的概念由来已久。早在壹玖伍肆年,海水盐差能,也即是“蟹灰能源”的概念就由大不列颠及英格兰联合王国程序猿建议,利用海水与淡水或三种含盐浓度不相同的液体两相交织产生的赛璐珞电位差能就能够用来发电。以前,亚洲商讨人口也已做过相应尝试。据资料体现,最先的“黄色财富”构想是利用约旦河河水与几内亚湾食盐泡水的插花举行发电,但直到1968年份,人造半透膜达成商业化使用之际,这一思量才成为了可能。到二〇〇九年,挪威王国国家用电器力公司(Statkraft)在Noreg托夫特开办了第二个应用这一法规发电的“水绿财富”电厂,但出于发电规模太小,最后因资金财产过高而麻烦维持。

  ■ 生物电化学是电化学课程的尤为重要分支,也是生命科学最基础的科目之一。

机械储能主要富含抽水蓄能、压缩空气储能和飞轮储能等。

“玛瑙红电瓶”的定义已经过了很短时间。早在一九五五年,海水盐差能,也便是“深海水绿财富”的定义就由大不列颠及苏格兰联合王国技术员建议,利用海水与淡水或三种含盐浓度不一样的液体两相交织发生的赛璐珞电位差能就足以用来发电。以前,澳国研讨人士也已做过相应尝试。据资料呈现,最先的“紫红财富”构想是行使约旦河河水与阿蒙森湾食盐加水的鱼目混珠进行发电,但截止1969年份,人造半透膜达成商业化使用之际,这一考虑才改为了说不定。到二零一零年,挪威王国国家用电器力公司(Statkraft)在挪威王国托夫特开设了第三个使用这一规律发电的“玉草绿财富”电厂,但鉴于发电规模太小,最后因开支过高而难以保证。

除此以外,将“银灰电瓶”作为储能使用,能时刻积存转变出的电能,并能够“量体裁衣”地行使,那是“浅蓝电瓶”的创新突破。据岑嘉俊介绍,“古金色电瓶”在用来储能进程时,运用了多少个简易的物理原理,相当于电渗析和反电渗析。“血牙红电瓶”的充电过程用到的是电渗析原理,利用光伏、风电等可再生财富转变出的电能,使食盐泡水中离子通过一层特制离子调换膜进行分离,进而发出一股食盐加水和一股清澈的凉水,分别存款和储蓄七个独立的水箱中;而当食盐泡水和清澈的凉水混合之时,含盐浓度分裂的液体之间产生的赛璐珞电位差就能够产生相应电流。基于这种规律,“金黄电瓶”能够积攒可再生能源发生的电力,并在要求的时候释放出来。

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压编蓄能:将电力网低谷时接纳过剩电力作为液态能量媒体的水从地势低的水库抽到地势高的水库,电网峰荷时高地势水库中的水回流到下水库拉动水轮机发电机发电,成效日常为五分一左右,俗称进4出3,具备日调解技巧,用于调峰和备用。

此外,将“嫩绿电瓶”作为储能使用,能任何时候储存转变出的电能,并能够“因时制宜”地运用,那是“蓝灰电瓶”的更新突破。据岑嘉俊介绍,“粉红电瓶”在用于储能进度时,运用了八个轻易的物理原理,也正是电渗析和反电渗析。“浅紫蓝电瓶”的充电进度用到的是电渗析原理,利用光伏、风电等可再生财富转变出的电能,使食盐加水中离子通过一层特制离子沟通膜进行分离,进而发出一股食盐泡水和一股清澈的凉水,分别存储多少个独立的水箱中;而当食盐泡水和清澈的凉水混合之时,含盐浓度分歧的液体之间时有产生的赛璐珞电位差就可以预知产生相应电流。基于这种规律,“青古铜色电瓶”能够积攒可再生财富发生的电力,并在急需的时候释放出来。

值得提的是,与使用罕见金属的锂电瓶、钒液流电瓶,以致利用重金属铅的铅酸电瓶相比较,“浅宝蓝电池”最大的优势就在于有可不仅仅、价廉物美的特点。岑嘉俊建议,“它的储能介质成本相当低,特别是当大家将其规模增加到超越1兆瓦时时‘玛瑙红电瓶’的平准化财富开销能够低于 0.05新币/千瓦时,它既安全又环境保护。固然在电瓶液溢出或不通等事故爆发时,也在引进部分食盐泡水、‘煤黑电瓶’的水溫仅上升约1摄氏度的场合下化解。另外,利用规范单元‘深紫红电瓶’在规模化上没不平日。”

  随便留意一下大家的平时生活,会开采接触的非常多东西与电化学本领紧凑相关。大家最常用的无绳电话机和机关自行车是电瓶在提供能量,那还包含石英表、收音机、手提计算机、心脏起博器、助听器、汽车运行与照明等等,而房间里光亮的金属水阀则是装饰性电镀的结晶。作为可活动的电源,电瓶的采纳还增添到了当代化军用道具、航空航天、有线通信等世界。实际的电化学技能利用实际不是局限于电瓶和电镀,首要还饱含:腐蚀与防腐、碰到工程、化学品的制备和生育,如从氯碱化学工业得到基础化学品-烧碱,像金属锂、钠和非金属氟等极活泼材质除了电解制备外别无它法。在今后,新型化学电源就要电动小车、智能电网和生命文学领域发挥极度的效劳,而依赖电化学原理的染料敏化太阳电瓶和人为光协功能也说不定获得应用。在那地,笔者首要研究电化学本事所涉嫌的能量储存与转载、情况维护和生物艺术学发展八个地点。

不足之处:选址困难,及其正视地势;投资周期十分大,损耗较高,富含抽蓄损耗+线损;现阶段也受中华人民共和国电价政策的牵制,2018年华夏百分之八十以上的抽蓄都晒太阳,二零一八年1四月国家计委出了个有关抽蓄电价的政策,未来大概会好些,但断定不是储能的发展趋势。

值得提的是,与运用少有金属的铅酸电池、钒液流电瓶,以致选拔重金属铅的铅酸电瓶比较,“深褐电瓶”最大的优势就在于有可不断、性价比高的表征。岑嘉俊建议,“它的储能介质开支相当低,尤其是当大家将其规模增加到超过1兆瓦时时‘白灰电瓶’的平准化财富开支能够低于0.05日币/千瓦时,它既安全又环境保护。纵然在电瓶液溢出或打断等事故时有发生时,也在引进部分食盐加水、‘水泥灰电瓶’的水溫仅上涨约1摄氏度的景色下化解。别的,利用规范单元‘黄褐电瓶’在规模化上从不难点。”

“储能市镇非常各类化。小圈圈储能最近有锂离子电瓶和铅酸电瓶,大面储蓄能近些日子有抽水蓄能发电站和压缩空气储能,但这几个电瓶尚无法一心满意实际行使须求。针对中型储能集镇,我感到‘乌紫电瓶’是有空子的。”岑嘉俊说。

  新财富领域的电化学本事

减去空气储能:压缩空气蓄能是利用电力系统负荷低谷时的盈余电量,由外燃机拉动空压机,将气氛压入作为储气室的密闭大体量地下隧洞,当系统一发布电量不足时,将压缩空气经换热器与油或原油混合焚烧,导入燃气轮机作功发电。海外钻探相当多,本事成熟,国内起始稍晚,好像卢强院士对那地方研究很多,什么冷国际电信联盟系生产总量之类的。

“储能市场十分的多种化。小框框储能近年来有锂离子电瓶和铅酸电瓶,大范围储能近些日子有抽水蓄能发电站和削减空气储能,但那一个电瓶尚不能够一心满意实际运用供给。针对中型储能市集,作者觉着‘肉色电瓶’是有机会的。”岑嘉俊说。

“在创办实业历程中,首个障碍是将二个新定义转变为产品,然后找到这一成品的分开市镇。二零一二年,中型固定储能电瓶市场还不设有,也正是1千瓦-100千伏安发电量和100千瓦时-10兆瓦时储能体积的种类,直到目今年这一细分市镇才早先向上。”岑嘉俊说。但随着可再生财富市镇在亚洲长足扩展,为确定保证可再生能源的无休止供应,制止毁坏电力网的安居,非常多欧洲缔盟军家都认知到财富存储的须求性,并为开采电瓶技能提供了本金。“幸运的是,当自个儿初阶切磋‘中湖蓝电瓶’时,可再生能源集镇伊始旭日东升,小编也境遇了这一波补贴发放来发展‘莲红电瓶’。作者的靶子是在后年建设成一条生产线。”

  电化学技艺的研讨首要之一是电能与化学能之间的能量积攒与转变,相关器件有三次和二遍电瓶、顶级电容器和燃料电瓶。电化学能量累积与转变的研商也时时包涵光能的相互关系,因而发生了光电化学电池、染料敏化太阳能电瓶、光解制氢等研讨方向。随着整个世界经济快速升高、人口拉长,蒙受污染加重以致化石财富的渐渐恐慌,开荒清洁、高效、可持续发展的新财富引力技能已化作那多少个急不可待的任务,先进电瓶本领是前景游人如织高新本事产业发展的重大基础之一,发达国家对此十二分器重。美利坚合营国的布什政府建议了基于燃料电瓶的氢能经济,但由于电极反应铂催化剂的含量和电池总资金难以大幅减少,氢能行当尚未能有效试行。到了前美利坚总统时期,又鼓舞进步中二年级次电瓶,越发是高能锂离子电瓶。在我国,高效一遍电瓶材料及关键技术,已被《国家中长时间科学和才能提高安插纲要 (二零零六━后年)》中一览无余规划为国家关键发展的前沿本领,对国内财富、交通、新闻和国防等领域的迅猛发展和新兴行当的演进有着非常重要战术意义。进步能量密度是电瓶研讨开采的宗旨内容,数十年来,三遍电瓶从AA电池、镍氢电瓶渐渐向锂离子电瓶发展。由于价格低廉,电动自行车近期依旧第一利用铅酸电瓶,而丰田小车公司的搅动电动小车销量已经超(英文名:jīng chāo)过三百万辆,在那之中使用镍氢电瓶的普瑞斯超过二百万辆,锂离子电瓶的插花电轻轨也曾经上市。国内对购销电动汽车给予十分大力度补贴,SAIC集团等的纯电动小车已经上市,甘肃和额尔齐斯河等地推出的低速电高铁在二三线城镇和乡下销量相当的慢。总体上看,电动小车近日仍处Yu Gang开始阶段培养阶段,电瓶性能和价格的比例和充电配套道具是决定其能还是无法飞快拓展的首要。电瓶的安全性、能量密度、循环寿命和基金是内需考虑衡量的首要指标,现成的重力型锂离子电瓶使用有机电解质溶液,像柴油同样有焚烧的祸患,未来将向不燃性的有机、聚合物、以至水系电解质方向升高。在能量密度上,由东瀛尼桑公司开销最新的聆风(Leaf)电动小车用锂离子电瓶系统能量密度最大为140Wh/kg,那与燃油车相比较天地之别。东瀛的新能源行当技艺开垦机构(NEDO)规划到2030年电动小车用叁遍电池的能量密度指标将高达500Wh/kg,这一指标是三次电瓶替代重油斯特林发动机作为车用供能系统的严重性标杆。明显,近日居于研讨级其余锂-硫电瓶也难以达到该目的,正初阶研究开发的锂-空气电池则有比十分大希望满意这一供给。

减少空气储也可以有调峰功效,符合用来大规模风场,因为风能产生的教条功能够直接驱动压缩机旋转,减弱了中等转变到都电子通讯工程高校的环节,从而提升功用。

“在创办实业历程中,第一个障碍是将一个新定义转变为产品,然后找到那第一行当品的细分百货店。二零一三年,中型固定储能电瓶市集还不设有,也正是1千瓦-100千瓦发电量和100千瓦时-10兆瓦时储能体积的系统,直到眼前几年这一细分市集才起来升高。”岑嘉俊说。但随着可再生能源市廛在南美洲高效扩展,为力保可再生财富的缕缕供应,制止毁坏电力网的安定,好些个欧同盟者家都认获得资源存款和储蓄的须求性,并为开荒电瓶技巧提供了血本。“幸运的是,当作者起来研商‘黑色电瓶’时,可再生财富市镇起头如火如荼,作者也蒙受了这一波补贴发放来进步‘紫水晶色电瓶’。作者的靶子是在二〇二〇年建变成一条生产线。”

据介绍,Aqua Battery近期正在建设第二座大面积示范试点项目,在荷兰王国水务委员会具有的一座太阳热辐射能公园中国建工业总会公司造三个“杏黄电瓶”系统,一旦建产生这一储能系统一发布电功率为1千伏安,储能容积为35千瓦时。针对中国市情,出生于甘肃广州的岑嘉俊也公布了相当大的野趣。“假若前景有机缘,笔者自然期望能将本人在国外发展的手艺带回中夏族民共和国。”

  使用电动汽车能够减去城市的投放污染,但并不表示一定缩小碳排泄总的数量,关键要看电能的来源。假如是烧煤炭得到电能,一样发出多量碳排泄。假若电来自水力能、太阳光能微风能等可再生财富乃至安全上能有保持的核能,则总的碳排放能确实被遏制。贰次电瓶另一大用途是储能,那类电瓶被喻为储能电瓶。储能电瓶已经广泛用于通信基站和备用电源。利用储能电瓶还能够够更加好地运用可再生能。举个例子在电力网难以达到的地点或电力网容积有限的情状下,可再生能发电与储能电瓶合营自成一体,就能够更平稳和更保证地选拔电能。而在风能等并网时,三回电瓶的同盟将能平滑可再生能对电力网的碰撞。另一方面,储能电池也能对电力网起到削峰填谷的效应,将晚间结余的电能寄放起来白天出狱,满足高峰要求。那样,电厂有也许适当减小范围。从上述意况看,现在的智能电力网将会有储能电瓶参加。实际用于电力网的储能要求特大容积规模和长的大循环寿命,近些日子正在开拓液流电瓶、钠硫电瓶等系统,现成有效的连锁本事是扬水储能。

不足之处:一大缺陷在于成效好低。原因在于空气受到压缩时温度会稳中有升,空气释放膨胀的历程中温度会回退。在减弱空气进程中一部分能量以热能的样式散失,在膨胀从前就务须求重新加热。经常以天然气作为加热空气的热源,那就招致蓄能效用裁减。还恐怕有能够想到的青黄不接就是内需大型储气装置、一定的地质条件和凭仗焚烧化石燃料。

据介绍,Aqua Battery最近正值建设第二座大范围示范尝试地点项目,在荷兰水务委员会拥有的一座太阳热辐射能公园中建造叁个“中灰电瓶”系统,一旦建设成这一储能系统一发布电功率为1千瓦,储能体量为35千瓦时。针对中华夏族民共和国市情,出生于浙江东莞的岑嘉俊也发挥了一对一大的兴趣。“倘使前景有机缘,作者自然期望能将自家在国外进步的技术带回中国。”

(文 | 本报见习新闻报道工作者 李丽旻)

  与壹次电瓶有所差别,燃料电瓶是将燃料的化学能一直调换成电能。它既可以够是便携式电源用于电动小车和航空航天等领域,也得以是一种高效发电装置。一方面,通过煤化学工业技艺将炭转变来液态或气态燃料,或直接运用原油、原油重新整建气,由SOFC高温燃料电瓶发电,由于避开了卡诺循环的范围,有希望鲜明巩固能量转变作用。另一面,作为可活动重力电源的人质交流膜燃料电瓶在使用寿命和安全性上看来比锂离子电瓶更具优势,但其对铂催化剂的信赖和高的造作开销仍使广大使用受到限制。还索要思索的难题是氢的来源和攀枝花的积攒手腕。可喜的是,通过大批量研讨,质子调换膜燃料电瓶的铂使用量在很快下跌,今后在电火车等引力电源应用方面只怕与锂离子电瓶产生竞争。

飞轮储能:是使用高速旋转的飞轮将能量以动能的款式储存起来。供给能量时,飞轮减速运转,将储存的能量释放出来。飞轮储能个中的单项才具国内基本都有,难点在于依据差别的用处开拓区别作用的新产品,因而飞轮储能电源是一种高技术产品但原本立异性并不足,那使得它较难到手国家的科学钻探经费帮忙。

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