管狀太陽(yáng)能電池織成服裝

二氧化鈦（Titania）半導(dǎo)體納米棒生長(zhǎng)在碳纖維的表面，看起來(lái)更像是小毛刷上的刷毛，而不像太陽(yáng)能電池，但這種新穎的配置有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)，勝過(guò)傳統(tǒng)的平板太陽(yáng)能電池。例如，這種柔性管狀形電池可以捕捉各個(gè)方向的陽(yáng)光，甚至可織成服裝，制成紙張，進(jìn)行新的應(yīng)用。但在目前的開(kāi)發(fā)階段，研究人員正在努力找到一種簡(jiǎn)單，低成本的方法，以制造這種高品質(zhì)的管狀太陽(yáng)能電池。 佐治亞州（Georgia）亞特蘭大（Atlanta）佐治亞理工學(xué)院（Georgia Institute of Technology）的一組研究人員，最近開(kāi)發(fā)出一種新方法，可以制備均勻的鈦白粉（TiO2）納米棒，是在碳纖維上制備。這種新方法具有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)，勝過(guò)較常用的溶膠-凝膠法（sol-gelmethod），凝膠法需要高溫，而且可能導(dǎo)致材料裂縫。這項(xiàng)新的研究發(fā)表在最近一期的《美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)雜志》（Journal of the American Chemical Society）上。 “這項(xiàng)研究展示了一種創(chuàng)新的方法，用于培育成束的二氧化鈦納米棒，采用柔性襯底，可用于柔性設(shè)備，進(jìn)行能量利用和儲(chǔ)存，”佐治亞理工學(xué)院研究人員說(shuō)。 制備管狀太陽(yáng)能電池具有挑戰(zhàn)性，這是因?yàn)樾枰鄠€(gè)步驟，其中包括把純鈦箔轉(zhuǎn)化成二氧化鈦納米棒，給碳纖維涂上納米棒，而且要均勻地把這些納米棒排列在纖維上。研究人員解釋說(shuō)，有一種理想的方法，可以在碳纖維上制備二氧化鈦納米結(jié)構(gòu)，這就是直接在纖維的表面進(jìn)行培育。他們這樣做，在這里采用了“溶解和培育”的方法，把鈦轉(zhuǎn)化成垂直排列的單晶二氧化鈦納米棒，這是在碳纖維上進(jìn)行的。 然后，為了進(jìn)一步提高設(shè)備的性能，研究人員用“蝕刻和培育”方法，把這些納米棒蝕刻成矩形成束陣列，這要使用鹽酸（hydrochloric acid）熱液（hydrothermal）處理。 掃描電子顯微鏡（Scanning electron microscope）圖像顯示，二氧化鈦納米棒陣列均勻覆蓋碳纖維。 把納米棒覆蓋的碳纖維組裝成光電陽(yáng)極（photoanodes），用于管狀染料敏化太陽(yáng)能電池（DSSCs：dye-sensitized solar cells），之后，研究人員實(shí)驗(yàn)測(cè)試了太陽(yáng)能電池的性能。結(jié)果表明，矩形成束的納米棒結(jié)構(gòu)取得的能量轉(zhuǎn)換效率為1.28％，相比之下，非成束結(jié)構(gòu)為0.76％。研究認(rèn)為，這一差異是因?yàn)?，成束的納米棒表面積較大，從而使更多的染料分子被吸收，可誘導(dǎo)更多的電子激發(fā)。 更大的表面積，使管狀太陽(yáng)能電池能夠捕捉各個(gè)方向的陽(yáng)光，這使它很有吸引力，可以用于強(qiáng)烈照射的陽(yáng)光下。除了制作太陽(yáng)能電池之外，這種方法在碳纖維上培育二氧化鈦納米線，可以進(jìn)行擴(kuò)展，用于制造光催化劑（photocatalysts）和鋰離子電池（lithium ion batteries）。但也許最獨(dú)特的應(yīng)用是把它們編織成面料。 “在未來(lái)，我們可能會(huì)引入碳纖維或其他碳材料，用作反電極（counter electrodes），用于這種配置，”研究人員說(shuō)?！霸谶@種情況下，我們可以制造染料敏化太陽(yáng)能電池，只需采用碳材料和二氧化鈦，這種電池有可能制成布料和紙張。我們還計(jì)劃做一些混合產(chǎn)品，采用這種配置獲取不同的能源?！?/div>