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#新能源周报#为光伏产业带来革命的新型纳米太阳能电池
发布:lee_9124   时间:2015/9/15 11:05:09   阅读:1172 
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新能源材料一周纵览   20150908-201500914
 
为了更好地为新能源领域的科研工作者服务,推出新能源周刊,整理汇总过去一周世界范围内新能源材料研究的最新成果,以期能够为各位提供最新的知识,应对不断变化的世界。你们的满意,是我们不断前进的动力!
 
1、石墨烯-磷负极提升钠离子电池性能

Graphene and phosphorene upgrade sodium ion battery
 
 
 
美国研究人员证实一种由石墨烯和磷组成的多层材料能使钠离子电池更加稳定、导电率更高,正极可容纳更多钠离子。研究人员认为该材料具有工业化生产前景,可使钠离子电池更广泛地应用于大容量储能。
 
锂离子电池一般采用石墨电极,锂离子嵌入到石墨电极中。石墨的层间距仅1.86埃,而钠离子为2.02埃,大于石墨层间距,因此石墨难以用于钠离子电池。钠离子电池负极的一个替代方案是采用黑磷,其层间距为3.08埃,生成磷化钠时的理论放电容量为2596毫安时/克。但是,钠离子移动至磷负极时会发生较大的体积膨胀,导致系统不稳定。
 
在本次研究中,斯坦福大学开发了一种由磷和石墨烯穿插构成的纳米结构混合物。石墨烯层可为磷提供额外的弹性缓冲,使充放电更迅速。磷和石墨烯都可通过液相剥离制备,即先将两种物质形成悬浊液,后将溶剂挥发即可自组装形成穿插结构。这种新材料的初始放电容量为1178毫安时/克(理论值的84%),经历100次充放电循环后还能维持83%的放电容量。
 
研究人员未来将进一步提高充放电次数,若能提高到3000次,则该技术将可能用于大规模军用储能。
 
2、纳米金捕获太阳光的高激发电子

Light-harvesting nanoparticles, captures energy from hot electrons
 
 
 
美国莱斯大学的研究人员近日发现了一种新方法能够捕获太阳能,并通过分解水分子将其转化为清洁可再生能源。
 
该技术依赖于一种活性金纳米颗粒,能够捕获太阳光并将其转化为高激发电子。其材料由三层材料组成,最底层为一层铝箔,这一层上面是一层包覆层,由透明的氧化镍薄膜组成,最上面的一层为纳米金材料,利用该材料制成的元盘状电极直径为10到30纳米。当太阳光照射到电极上时,最底层的铝将其转化为激发电子。铝箔吸引剩下的电子空穴,氧化镍能够允许这些空穴通过,同时也阻挡电子的运动,确保其保留在纳米金上。将该材料铺平并用水覆盖后,纳米金就可以作为水分子分解的催化剂。
 
研究人员表示,如果该项技术最终能够得以应用,将能够满足全世界的能源需求。
 
这一研究成果已在近期的《Nano Letters》期刊上发表。
 
3、生物碳材料作为高性能锂电池的负极材料

Bioinspired carbon anodes enable high performance in lithium-ion batteries
 
 
 
新加坡科技研究局的研究人员设计出一种多层多孔碳球作为锂电池的负极材料,大幅提高了电池的电化学性能。
 
研究人员利用有机大分子作为模板产生相互连接的孔,就像硅藻制造硅质结构一样。碳球的支架从糖分子的链环上获取,其在水热处理后就可以形成“软化”碳球。热解使得钴可以催化石墨化过程,从而形成“硬化”的碳球。如果在热解步骤前加入尿素,就可以获得氮掺杂的碳球。研究人员表示,该碳球目前只能在实验室条件下制备,但他们正在不断优化合成条件从而满足工业化生产需求。随后,研究人员将该材料作为负极材料应用在锂离子电池中,电池表现出了良好的循环性能和倍率特性。由于在氮掺杂的碳球中电子和离子的传输相对更加容易,因此具有更高的可逆容量。
 
研究人员表示,该材料具有优良的电化学性能,还将应用在其它能量储存或转化系统中。
 
这一研究成果已在近期的《Chemistry of Materials》期刊上发表。
 
4、新型半透明太阳能电池

Novel efficient and low-cost semitransparent solar cells
 
 
 
香港理工大学的研究人员利用石墨烯电极成功制成了效率高、成本低的半透明钙钛矿太阳能电池,其转化效率在12%左右,制造成本低于0.5港元/瓦,相对于目前的硅基太阳能电池来说,其成本降低50%,因此在未来有极大的应用前景。
 
石墨具有优良的透明度、良好的导电性和较低的生产成本,因此对于太阳能电池的透明电极来说,石墨是理想的电极材料。太阳能电池的半透明特性可以使电池在两面都吸收太阳光,从而可以大规模应用在建筑中的窗户、幕墙和屋顶中,提高收集太阳能的面积。研究人员设计出一种新的处理过程来提高石墨的导电性,从而确保其满足太阳能电池的性能要求。研究人员首先利用一层导电性聚合物涂层大幅提高了石墨的导电性,随后,在研究提高转化效率的方法时,研究人员发现,利用多层化学气象沉积的石墨作为太阳能电池的透明电极,可以大幅减少电极的表面电阻,同时保持电极的转化效率。最后,通过改善表层石墨电极和钙钛矿薄膜上的空穴传输层之间的接触,进一步优化了该电池的性能。
 
由于石墨电极良好的机械性能,并且制备工艺简单,因此该半透明太阳能电池将逐渐填补市场的空白,并有望大规模应用在各个领域。
 
这一研究成果已在近期的《Advanced Materials》期刊上发表。
 
5、为光伏产业带来革命的新型纳米太阳能电池

New nanoscale solar cells could revolutionize solar industry
 
 
 
马里兰大学的研究人员设计出一种新型的纳米太阳能电池,这种电池的性能将优于传统电池的40%。这项新技术通过小型单个设备就可以产生更多的电力,可以彻底改变太阳能产业。
 
研究人员已经证实一个单结纳米结构太阳能电池,在典型太阳光照下,最大理论效率是约为42%。这超越了传统平面器件的效率,但是没有超过平面器件在聚光情况下(如利用镜头集中太阳光的太阳能电池)的肖克利•奎伊瑟效率极限。研究人员发现,纳米结构太阳能电池,通过“内置聚光”为制造高效光伏设备提供了一个重要路径。即使当研究人员考虑大气中光线散射效果时,纳米结构太阳能电池通过约1,000的适度内置聚光,也能够实现35.5%的效率。该研究团队在设计和制造纳米太阳能电池过程中,他们发现最大的挑战来自纳米加工技术,幸运的是,他们现在已经找到了一些有希望的材料和工艺,而且还有热衷于此领域的一个团队的学生,有望在太阳能技术领域大展拳脚。
 
这一研究成果已在《Scientific Reports》期刊上发表。


来源: 材料人网

 
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