There is 1 related live offer.

5% Off SEM, TEM, FIB or Dual Beam

Nanotecnologia per un Futuro Più Luminoso e Più Sostenibile

dal Professor Javier Garcia-Martínez

Il Professor Javier Garcia-Martínez, Elena Serrano e Guillermo Rusb, Laboratorio Molecolare di Nanotecnologia, DPT di Chimica Inorganica, Università di Alicante, Alicante, Spagna. bDPT. Meccanici Strutturali, Università di Granada, Granada, Spagna.
Autore Corrispondente: j.garcia@ua.es

La Nanotecnologia, con il suo controllo senza precedenti sopra la struttura dei materiali, può fornirci i materiali superiori che apriranno corrente il potenziale tremendo di molte tecnologie energetiche alla fase di scoperta. La ricerca per le tecnologie energetiche più sostenibili è non solo uno sforzo scientifico che può ispirare un'intera generazione di scienziati, ma il migliore modo stabilire una nuova economia basata su innovazione, sui migliori processi pagati e sulla cura per l'ambiente1,2.

Energia solare: Nanotecnologia Per Catturare l'Energia del Sun

Secondo le Statistiche Dell'energia dello IEA3, l'energia rinnovabile rappresentata intorno a 13,1% della condivisione del combustibile di energia primaria totale dell'approvvigionamento di energia del mondo nel 2004, dove la tecnologia fotovoltaica ha rappresentato il soltanto 0,04%. Così anche se l'energia solare è libera ed abbondante, siamo ancora lontano di un sistema energetico basato su questa tecnologia.

Inoltre, l'Outlook di Energia Mondiale presentato Scenario di Criterio Alternativo nel 20064 ha predetto un aumento del photovoltaics di un anno di intorno 60 volte dal 2004 al 2030. Infatti, l'evoluzione della tecnologia fotovoltaica ha provocato che il suo prezzo è caduto ad un decima durante i 20 anni ultimi (da 2,00 $/kWh nel 1980 a 0.20-0.30 $/kWh nel 2003). Gli studi dell'Indipendente suggeriscono che i costi continuino a cadere e che è plausibile prevedere i costi di circa 0,06 $/kWh da ora al 2020.

L'applicazione di nanotecnologia in celle di PV già sta producendo alcuni vantaggi significativi per aumentare il risparmio di temi/rapporto costato usando i materiali con differenti bandgaps, cioè, multilayers dei materiali ultrasottili di nanocrystalline, nuove tinture o punti di quantum, tra l'altro. Per esempio, la capacità di gestire il bandgap di energia fornisce la flessibilità e l'intercambiabilità. Inoltre, i materiali nanostructured migliorano l'efficace percorso ottico e significativamente fanno diminuire la probabilità della ricombinazione della tassa. Le unità della Buca di potenziale quali i punti di quantum e collegare di quantum come pure unità che comprendono i nanotubes del carbonio, stanno studiande per le applicazioni dello spazio con un risparmio di temi potenziale fino ad un massimo di 45%.

I punti di quantum di Nanocrystal (NQDs)5 sono particelle monocristalline del nanometro-disgaggio dei semiconduttori. dovuto l'effetto di relegazione di quantum, le loro lunghezze d'onda di assorbimento della luce e dell'emissione possono essere gestite adattando la dimensione di NQDs. Al Giorno D'oggi, le pile solari convenzionali principalmente sono sviluppate su silicio (Figura 1). Poiché l'alto costo del silicio del PV-grado, questa tecnologia non è likeky essere quello per portare giù il costo dell'elettricità generata dal sole below1 $/kWh. Al contrario, come esempio del loro futuro attraente come pile solari più efficienti, i punti analoghi di quantum di nanocrystalline hanno vicino a risparmio di temi di 40%.

Figura 1. Evoluzione di tecnologia di PV: da convenzionale (a pile solari basate a silicio) alle pile solari nanostructured (pile solari basate a quantum e tintura-sensibilizzate)1

L'uso dei materiali di nanocrystalline in celle a più strati di sottili pellicole egualmente contribuisce a raggiungere una struttura cristallina regolare, che più ulteriormente migliora il risparmio di temi di conversione di energia. Un esempio dei livelli nanostructured in pile solari di sottili pellicole recentemente è stato riferito da Singh et al.6 Nanocrystalline CdTe e le pellicole dei Cd (sui substrati di vetro ITO-rivestiti dell'ossido di stagno dell'indio) sono state sintetizzate come livelli N tipi potenziali della finestra in pile solari di sottili pellicole di CdTe della giunzione di omo di PN (etero). Nanocrystals di CdTe di intorno 12 nanometro nella mostra del diametro un efficace intervallo di banda di eV 2,8, uno spostamento blu ovvio dal eV 1,5 di CdTe (Figura in serie 2).

Figura 2. Esempio dei nanomaterials per montaggio delle cellule fotovoltaiche. Parte Sinistra: Immagine di FE-SEM di una pellicola di CdTe di nanocrystalline sul substrato di vetro ITO-rivestito. L'inserzione mostra lo spettro di assorbimento di una pellicola di CdTe di nanocrystalline sul substrato di vetro ITO-rivestito. Giusta parte: Configurazione di Unità di un Glass/ITO/n-Nano-CdTe/p-bulk CdTe/pila solare della grafite. Adattato con l'autorizzazione di ref.6. Copyright 2004, Elsevier

Un'Altra alternativa offerta da nanotecnologia alle pile solari basate a silicio convenzionali è l'uso delle pile solari tintura-sensibilizzate. le pile solari photoelectrochemical Tintura-Sensibilizzate (SEDE POTENZIALE DI ESPLOSIONE o celle di Grätzel) rappresentano una classe relativamente nuova di pile solari di sottili pellicole a basso costo7. TiO Nano-Strutturato2, il Ceo2, i Cd e CsTe sono di grandi interessi come l'uso di finestre ed i livelli assorbenti leggeri8,9. Questi tintura-hanno sensibilizzato le pile solari nanostructured, che comprendono le unità quali le pile solari nanocrystal, le celle photoelectrochemical e le pile solari del polimero, stanno studiande per le applicazioni terrestri e rappresentano la terza generazione del photovoltaics.

Gli ultimi avanzamenti nella tecnologia fotovoltaica sono basati sul preparato dei nanocomposites basati sulla miscela delle nanoparticelle con i polimeri conduttivi o gli ossidi metallici mesoporous con le alte aree che aumentano così i riflessi interni e, conseguentemente, aventi un singolo livello di multispectrum.

Nanomaterials Avanzati per Immagazzinamento dell'Energia Veloce ed Efficiente

Molte delle alternative dell'energia pulita producono (per esempio pile solari, vento di PV) o richiedono (per esempio produzione, dissociazione dell'acqua dell'idrogeno) l'elettricità. Di Conseguenza, un più romanzo e modo efficace memorizzare l'elettricità è necessari. I sistemi di Immagazzinamento dell'energia includono le batterie e fra loro le batterie dello Li-Ione sono specialmente attraenti perché piombo ad un aumento di 100-150% su capacità di stoccaggio di energia per peso specifico e di volume rispetto alle batterie acquose più tradizionali. Tuttavia, alcuni svantaggi sorgono, si riferiti ad energia e densità di potenza bassa, grande variazione di volume sulla reazione, la sicurezza e costi.

La Nanotecnologia già sta producendo alcune soluzioni molto specifiche al campo delle batterie ricaricabili. La conducibilità dell'Elettrolito aumenta fino a sei volte presentando le nanoparticelle di allumina, di silicio o di zirconio agli elettroliti liquidi non acquosi. La Maggior Parte dei sforzi sono stati concentrati sugli elettroliti semi conduttori, elettroliti solidi del polimero (SPE).

Poli (ossido di etilene) a SPE (basato PEO) basato hanno ricevuto la maggior parte della attenzione poiché PEO è sicuro, verde e piombo alle pellicole flessibili. Tuttavia, i polimeri hanno solitamente conducibilità bassa alla temperatura ambiente e, secondo le composizioni in SPE, la loro attività e stabilità meccanica interfacciali non sono abbastanza su.

In questo senso, gli elettroliti del polimero del nanocomposite hanno potuto aiutare nella lavorazione delle batterie altamente efficienti, sicure e verdi. Per esempio, l'introduzione dei nanomaterials ceramici come separatori in elettroliti del polimero aumenta la conduttività elettrica di questi materiali alla temperatura ambiente da 10 a 100 volte rispetto al sistema undispersed corrispondente di SPE. TiO2, i AlO23 e SiO2 e S-ZrO2 (biossido di zirconio solfato-promosso del superacid) sono stati usati a questo fine e risultati rivelano che l'introduzione di S-ZrO2 piombo alla migliore prestazione6.

Altre Opportunità per un Futuro Più Luminoso

Ci sono molti altri esempi dell'uso di nanotecnologia rendere la produzione di energia, l'archiviazione e l'uso più efficienti, come l'uso degli elettrodi nanostructured in supercapacitors10, dei catalizzatori porosi gerarchici novelli per trattamento chimico avanzato o degli elettrodi catalitici nanostructured per le applicazioni della pila a combustibile. Per esempio, i materiali di carbonio nanostructured con differenti strutture è stato sintetizzato nel nostro laboratorio via i nanofoams di verifica templating sovramolecolari del cabon con alta area e buona conduttività elettrica, prodotto chimico, meccanici eccellenti e le stabilità termiche (Figura 3)10.

La Figura 3. materiali di carbonio di Nanostructured con differenti strutture ha preparato via templating sovramolecolare e l'immagine di TEM per le pellicole sottili nanostructured del carbonio. Adattato con l'autorizzazione del Rif. 10. Copyright 2008, Wiley Interscience.

Questi materiali sono stati provati da voltametria ciclica come gli elettrodi di supercapacitor e questi materiali esibiscono le capacità specifiche oltre 120 la F A/g o 100 la F A/cm3, le densità della polvere di 10 chilowatt A/kg e le densità di energia di 10 Wh A/kg. Ma ci sono molte altre opportunità, come i nanocomposites leggeri per trasporto più di ottimo rendimento, l'uso dei nanomaterials nella costruzione e gli adsorbenti nanoporous per il CO2 catturano11.

Il controllo senza precedenti di Nanotecnologia sopra la dimensione, la struttura e l'organizzazione della materia sta fornendo gli esempi molto tangibili di come i migliori materiali stanno contribuendo al benessere delle generazioni presenti e future provando i modi alternativi del pulitore produrre ed usare l'energia.


Riferimenti

1. J. Garcia Martinez, Ed. “Nanotecnologia per la Sfida di Energia„, Wiley-VCH, Weinheim, 2010.
2. Serrano E., Rus G., Garcia-Martinez J. “Nanotecnologia per energia sostenibile„, Rinnova. Sust. Rev. di Energia, 13(9), 2373-84, 2009.
3. “Beni Rinnovabili nell'approvvigionamento di energia globale: una nota sintetica dello IEA„, IEA/OECD. 2007.
4. Outlook di Energia Mondiale 2006, OECD/IEA 2006.
5. Stockman M., “unità Luminescenti: Dalle nano-ottica Mater della Natura alle iluminazioni pubbliche„. 3 (7), 423-4, 2004.
6. Singh R.S., Rangari V.K., Sanagapalli S., Jayaraman V., Mahendra S., Singh V.P., “Nano-Ha Strutturato CdTe, i Cd e TiO2 per Solenoide delle applicazioni della pila solare della pellicola sottile„. Solenoide di Energia. Celle 82, 315-33, 2004.
7. O'Regan B., Grätzel M., “Un a basso costo, pila solare di alto-risparmio di temi basata su TiO2 colloidale tintura-sensibilizzato filma„ la Natura 353, 737-40, 1991.
8. Corma A., Atienzar P., Garcia H., et al. “CeO2 verniciato Gerarchico mesostructured con potenziale per uso a cellule solari„, Mater della Natura. 3, 394-7 (2004).
9. Singh V.P., Singh R.S., Thompson G.W., Jayaraman V., Sanagapalli S., Rangari V.K., “Caratteristiche delle pellicole dei Cd di nanocrystalline da costruzione con i metodi sonochemical, della soluzione e di microonda di crescita per Solenoide di applicazioni della pila solare„. Mater di Energia. Solenoide. Celle 81(3), 293-303, 2004.
10. Garcia-Martinez J, Lancaster TM, Ying JY, “Sintesi ed applicazioni catalitiche dei nanofoams auto-montati del carbonio„, Adv. Mater. 20(2), 288-92, 2008.
11. Willis R.R., Benin A., Snurr R.Q., Yazaydin O., “Nanotecnologia per il Bloccaggio dell'Anidride Carbonica, In Nanotecnologia per la Sfida di Energia„, in Nanotecnologia per la Sfida di Energia, Ed. J. Garcia Martinez, Wiley-VCH (2010).

Copyright AZoNano.com, il Professor Javier Garcia-Martínez, (Università di Alicante)

Date Added: Jun 7, 2010 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 14. June 2013 01:28

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this article?

Leave your feedback
Submit