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新型太陽能電池:呼吸之間 完成蓄電
新型太陽能電池:呼吸之間 完成蓄電過去的太陽能電池是透過太陽能板發(fā)電,經(jīng)由電線將電能儲存到蓄電池中。但從太陽能板到蓄電池的轉(zhuǎn)換過程中,容易散逸電能、降低轉(zhuǎn)換效能。為改善這樣的問題,
過去的太陽能電池是透過太陽能板發(fā)電,經(jīng)由電線將電能儲存到蓄電池中。但從太陽能板到蓄電池的轉(zhuǎn)換過程中,容易散逸電能、降低轉(zhuǎn)換效能。為改善這樣的問題,俄亥俄州州立大學(xué)把太陽能板和充電電池結(jié)合成混合裝置,讓太陽能板成為電池的一部分,電能就能直接存于電池中。
俄亥俄州州立大學(xué)化學(xué)與生化系武毅英教授(YiyingWu)帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)相信這項(xiàng)裝置能使成本降低四分之一,改善長久存在的太陽能儲存效能問題。一般的太陽能電池,只有80%的電子能從太陽能板移動到電池;有了這項(xiàng)新設(shè)計(jì),光能直接在電池內(nèi)部轉(zhuǎn)換為電子,儲存效能近乎百分之百。
藉由光和空氣便可自行充電的太陽能電池:負(fù)責(zé)捕捉光能的二氧化鈦柱和覆蓋于上方的網(wǎng)狀態(tài)金屬,可允許空氣從孔隙中流入電池。
太陽能電池在吸入空氣時(shí)放電,呼出空氣時(shí)充電
太陽能電池(SolarCell)是利用太陽光直接發(fā)電的光電半導(dǎo)體薄片,薄片吸收光能之時(shí),電子脫離原子核束縛而被激發(fā)成自由電子,形成電流與電壓。但我們俗稱的太陽能電池實(shí)際上是芯片組,并不具備儲電的能力,因此需要接上蓄電池,將電能儲存。
俄亥俄大學(xué)研發(fā)的新的太陽能電池則將太陽能芯片與充電電池結(jié)合。光會進(jìn)入網(wǎng)狀太陽能板中創(chuàng)造電子,氧氣則通過網(wǎng)狀孔洞進(jìn)出電池內(nèi)部。電池里的電子參與過氧化鋰的化學(xué)分解時(shí)釋出鋰離子與氧氣,其中氧氣經(jīng)孔洞釋放到空氣中,而鋰離子儲存在電池中、準(zhǔn)備之后捕捉電子形成鋰金屬。電池放電時(shí),化學(xué)反應(yīng)則使鋰金屬與氧氣反應(yīng),消耗氧氣形成過氧化鋰。
設(shè)計(jì)讓電池「呼吸」的麻煩在于太陽能板通常是實(shí)心的半導(dǎo)體版,會阻隔空氣進(jìn)入電池。因此,研究團(tuán)隊(duì)以網(wǎng)狀鈦金屬制成「滲透性網(wǎng)狀太陽能板」,并于板上植上葉片狀的二氧化鈦柱。讓二氧化鈦柱在捕捉光的時(shí)候,同時(shí)也能讓空氣從孔隙中流入。
電解質(zhì)新秘方+電極新構(gòu)造+經(jīng)得起考驗(yàn)的電池壽命
電極之間的電解質(zhì)是負(fù)責(zé)運(yùn)輸電子的載具,過去的充電電池(如鋰金屬)使用的電解液是鋰鹽、常見的堿性電池的電解液則是氫氧化鉀。這款新型太陽能電池采用了一種新的電解質(zhì):碘化物添加物,將其加入電極與網(wǎng)狀太陽能板間大幅提升了電池的效率。
而相較于一般太陽能板需要用四個(gè)電極連接電池,這項(xiàng)新設(shè)計(jì)只需要用到三個(gè):網(wǎng)狀太陽能板自成第一個(gè)電極,太陽能板的下方則放置薄層孔洞狀碳板(第二個(gè)電極)和鋰版(第三個(gè)電極),在電極間夾層則夾入電解質(zhì)層來乘載電子傳遞。由于只需要三個(gè)電極,也得以減低這項(xiàng)新設(shè)計(jì)的制造成本。
測試電池的過程會重復(fù)為電池充放電,同時(shí)以X光光電光譜儀分析電極材料的消耗狀況,研究者利用紅色染料來篩選所要捕捉的光的波段,原本所使用的釕物質(zhì)在八小時(shí)的充放電過程后染料消耗殆盡,于是轉(zhuǎn)以銹鐵鍍上網(wǎng)洞。測試結(jié)果顯示新型太陽能電池的壽命能與市面上的充電電池相抗衡。
大眾過去所關(guān)注的太陽能發(fā)展,大多集中于芯片板狀太陽能板的信息,使用情境幾乎是被固定在屋頂或是廣漠平地上,需要有龐大的蓄電池組儲存電力,才能發(fā)揮效能。會呼吸的太陽能電池,巧妙的將太陽能板與充電電池結(jié)合,使太陽能電池能擺脫繁瑣的線路與較為笨重的蓄電池,整合成自成系統(tǒng)的太陽能充電電池,使太陽能電池更為輕便,應(yīng)用面向也更加貼近我們的生活。挖掘各種多元的新型太陽能電池可打開我們對于太陽能的想象局限:太陽能可以更「行動化」、應(yīng)用可以更貼近日常生活。
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