더 밝은 지속 가능한 미래 동안 나노 과학

교수에 의하여 Javier Garcia Martínez

Javier Garcia Martínez, Elena Serrano 및 Guillermo Rus 의b 분자 나노 과학 실험실, 무기화학 Dpt 의 Alicante, Alicante, 스페인의 대학 교수. bDpt. 구조상 기계공, 그라나다, 그라나다, 스페인의 대학.
대응 저자: j.garcia@ua.es

물자의 구조물에 그것의 전례가 없는 통제와 더불어 나노 과학은, 발견 단계에 많은 에너지 기술의 거창한 잠재력을 지금 자물쇠로 열 우량한 물자를, 저희에게 제공할 수 있습니다. 유지할 수 있는 에너지 기술을 위한 탐구는 과학자의 전체적인 발생을 고무시킬 수 있는 환경 혁신, 더 보수가 좋은 일 및 돌보에 근거를 둔 새로운 경제를 설치하는 뿐만 아니라 과학적인 노력, 그러나 최고 쪽 입니다1,2.

태양 에너지: 일요일의 에너지를 붙잡는 나노 과학

IEA 에너지 통계에 따르면3, 재생 가능 에너지는 세계의 2004년에 총 일차 에너지 공급 에너지의 연료 몫의 약 13.1%의 광전지 기술이 단지 0.04%를 나타낸 곳에, 비율이었습니다. 따라서 비록 태양 에너지가 자유롭고 풍부하더라도, 우리는 이 기술에 근거를 둔 정력적인 시스템의 아주 저쪽에 아직도 입니다.

게다가, 2006년 전세계 에너지 전망에서 제출된 대안책 대본은4 2004년에서 2030 년에 약 60 시간의 photovoltaics의 증가를 예상했습니다. 실제로, 광전지 기술의 기동전개는 그것의 가격이 마지막 20 년에서 10 분의 1에 아래로 떨어졌다는 것을 도발했습니다 (2003년에 1980년에서 0.20-0.30 $/kWh에 있는 2.00 $/kWh에서). 무소속자 연구 결과는 비용이 내리는 것을 계속할 것이라는 점을, 그리고 2020년까지 약 0.06 $/kWh의 비용을 상상하는 것이 그럴듯하다는 것을 건의합니다.

PV 세포에 있는 나노 과학의 응용은 이미 약간 중요한 bandgaps, 매우 얇은 nanocrystalline 물자, 새로운 염료 또는 그 외의 사이에서 양 점의 i.e, multilayers 여러가지 물자를, 사용해서 효율성/요한 비율 증가하기 위하여 이점을 일으키고 있습니다. 예를 들면, 에너지 bandgap를 통제하는 기능은 융통성과 호환성을 제공합니다. 더구나, nanostructured 물자는 효과적인 광학적인 경로를 강화하고 중요하게 책임 재결합의 확율을 줄입니다. Quantum는 장치 양 점과 양 철사와 같은 솟아나옵니다 뿐 아니라 탄소 nanotubes를 편입하는 장치는 45%까지 잠재적인 효율성을 가진 공간 응용을 위해, 공부되고 있습니다.

Nanocrystal 양 점은 (NQDs)5 반도체의 나노미터 가늠자 단 하나 크리스탈 입자입니다. 양 금고 효력 때문에, 그들의 흡광과 방출 파장은 NQDs의 규모를 맞추어서 통제될 수 있습니다. 현재에는, 전통적인 태양 전지는 실리콘 (숫자 1)에 주로 건설됩니다. PV 급료 실리콘의 높은 비용이 태양 일어나기 전기 below1 $/kWh의 비용을 끌어내리기 것 이기 위하여, 이 기술 likeky 이지 않기 때문에. 대조적으로, 능률적인 태양 전지로 그들의 매력적인 미래의 하나의 예로, 유사한 nanocrystalline 양 점에는 40% 효율성에 가깝이 있습니다.

PV 기술의 숫자 1. 기동전개: nanostructured 태양 전지에 전통에서 (실리콘 기지를 둔 태양 전지) (양 기지를 두고 염료 민감하게 한 태양 전지)1

박막 다층 세포에 있는 nanocrystalline 물자의 사용은 또한 에너지 전환 효율성을 더 강화하는 정규 크리스탈 구조물을 달성하는 것을 돕습니다. 박막 태양 전지에 있는 nanostructured 층의 보기는 Singh Nanocrystalline CdTe에 의해 최근에6 그 외 여러분 보고되고 ITO 입히는 유리제 (인듐 주석 산화물) 기질에 카드뮴 필름은 p-n 직립원인 (hetero) 접속점 박막 CdTe 태양 전지에 있는 잠재적인 n 모형 Windows 층으로 종합되었습니다. 직경 전시회에 있는 약 12 nm의 CdTe nanocrystals 2.8 eV의 효과적인 띠 간격, 대량 CdTe (숫자 2)의 1.5 eV에서 명백한 청색 이동.

광전지 제작을 위한 nanomaterials의 숫자 2. 보기. 좌 부분: ITO 입히는 유리제 기질에 nanocrystalline CdTe 필름의 FE-SEM 심상. 삽입물은 ITO 입히는 유리제 기질에 nanocrystalline CdTe 필름의 흡수 스펙트럼을 보여줍니다. 적당한 부분: Glass/ITO/n Nano CdTe/p 부피 CdTe/흑연 태양 전지의 장치 구성. ref.6에서 허가로 적응시키는. 저작권 2004년, Elsevier

전통적인 실리콘 기지를 둔 태양 전지에 나노 과학에 의해 제안된 또 다른 대안은 염료 민감하게 한 태양 전지의 사용입니다. 염료 민감하게 한 photoelectrochemical 태양 전지는 (PES 또는 Grätzel 세포) 값이 싼 박막 태양 전지의 상대적으로 새로운 종류를 나타냅니다7. Nano 구축한 TiO2, CeO2, 카드뮴 및 CsTe는 윈도우잉 및 가벼운 흡수하는 층으로 중대한 관심사의 입니다8,9. 이들은 nanocrystal 태양 전지 photoelectrochemical 세포 및 중합체 태양 전지와 같은 장치 구성하고 있고, 지구 응용을 위해 공부되고 photovoltaics의 3 세를 나타내는 nanostructured 태양 전지를 염료 민감하게 했습니다.

광전지 기술에 있는 마지막 어드밴스는 이렇게 내부 반사를 증가하고는 및, 그 결과로, multispectrum 층이 있는 높은 표면을 가진 전도성 중합체 mesoporous 금속 산화물을 가진 nanoparticles의 혼합에 근거를 둔 nanocomposites의 준비에 근거를 둡니다.

단단 능률적인 에너지 저장을 위한 향상된 Nanomaterials

청정 에너지 대안의 많은 것은 (예를들면 PV 태양 전지, 바람) 일으키고 또는 (나누는 예를들면 수소 생산, 근해) 전기를 요구합니다. 그러므로, 전기를 저장하는 추가 비발한과 능률 쪽은 필요합니다. 에너지 저장 시스템은 건전지를 포함하고, 그(것)들의 사이에서 단위 중량 당 에너지와 전통적인 수성 건전지와 비교하여 양의 저장 능력에 100-150%의 증가로 이끌어 내기 때문에 Li 이온 건전지는 특별히 매력적입니다. 역시, 몇몇 불리는 반응에 낮은 에너지와 및 전원 밀도, 큰 양 변경, 안전 및 비용 발생하고, 관련되었습니다.

나노 과학은 재충전 전지의 필드에 이미 몇몇 아주 특정 해결책을 일으키고 있습니다. 전해질 전도도는 비수 액체 전해질에 반토, 실리콘 또는 지르코늄의 nanoparticles를 소개해서 6 까지 시간을 증가시킵니다. 대부분의 노력은 고체 전해질, 단단한 중합체 전해질에 집중되었습니다 (SPE).

PEO가 안전하기 때문에 많은 (에틸렌산화물) - 기지를 둔 (PEO 기지를 둔) SPE 최대 주목을, 녹색은 받고 유연한 필름에 지도합니다. 역시, 중합체에는 일반적으로 실내 온도에 낮은 전도도가 있고, SPE 구성에 따라서, 그들의 계면 활동 및 기계적인 안정성은 충분히 높이 이지 않습니다.

이 감에서는, nanocomposite 중합체 전해질은 매우 능률적인, 안전하 녹색 건전지의 제작을 보조할 수 있었습니다. 예를 들면, 중합체 전해질에 있는 분리기 만큼 세라믹 nanomaterials의 소개는 10에서 대응 undispersed SPE 시스템과 비교된 100 시간에 실내 온도에 이 물자의 전기 전도도를 증가합니다. S-ZrO223 소개가2 최대 성과2 로 이끌어 냈다는 것을 TiO, 항공 연락 장교 및 SiO 및 S-ZrO (황산염 승진된 superacid 지르코니아)는2 및 결과 제시합니다 이 목적을 위하여 사용되었습니다6.

더 밝은 미래 동안 그밖 기회

supercapacitors에 있는 nanostructured 전극, 비발한 계층적인 다공성 촉매 또는 연료 전지 응용을 위한 nanostructured 촉매 전극의 사용 같이, 능률에게 가공하는 향상된 화학제품을 위한10에너지 생산, 저장 및 사용을 하는 나노 과학의 사용의 다른 많은 보기가 있습니다. 예를 들면, 구조물 여러가지 nanostructured 탄소 재료는 높은 표면 및 좋은 전기 전도도, 우수한 화학제품, 기계, 및 열 안정성 (숫자 3)를 가진 supramolecular templating 장악 cabon nanofoams를 통해 우리의 실험실에서 종합되었습니다10.

구조물 여러가지 숫자 3. Nanostructured 탄소 재료는 nanostructured 탄소 박막을 위해 supramolecular templating 및 TEM 심상을 통해 준비했습니다. 참고 10. 저작권 2008년에서 허가로 적응시키는, 윌에이 Interscience.

이 물자는 고리 전압 전류법에 의해 supercapacitor 전극과 이 물자가 120 F A/g 이상 특정 용량을 100 F A/cm, 10 kW3 A/kg의 분말 조밀도 및 10 Wh A/kg의 에너지 밀도 전시한 대로 시험되었습니다. 그러나 에너지 효과 수송을 위한 가벼운 nanocomposites 같이 다른 많은 기회가, 건축에 있는 nanomaterials의 사용 있고 지휘관을 위한 nanoporous 흡착제는2 붙잡습니다11.

사정의 규모, 구조물 및 편성부대에 나노 과학 전례가 없는 통제는 더 나은 물자가 현재와 미래 발생의 복지에 에너지를지 일으키고 사용하는 양자택일 세탁기술자 쪽을 증명해서 어떻게의 기여하고 있는지 아주 유형 보기를 제공하고 있습니다.


참고

1. J. Garcia Martinez, Ed. "에너지 도전을 위한 나노 과학", 윌에이 VCH, Weinheim 2010년.
2. Serrano E., Rus G., Garcia Martinez J. "유지할 수 있는 에너지를 위한 나노 과학"는, 경신합니다. Sust. 에너지 목사, 13(9), 2373-84 2009년.
3. "글로벌 에너지 공급에 있는 Renewables: IEA 정황 설명서", IEA/OECD. 2007년.
4. 전세계 에너지 전망 2006년, OECD/IEA 2006년.
5. Stockman M., "발광 장치: nano 광학에서 가로등에" 성격 Mater. 3 (7), 423-4 2004년.
6. Singh R.S., Rangari V.K., Sanagapalli S., Jayaraman V., Mahendra S., Singh V.P.는, "박막 태양 전지 응용을 위한 CdTe, 카드뮴 및 TiO2를" Sol Nano 구축했습니다. 에너지 Sol. 세포 82, 315-33 2004년.
7. O'Regan B., Grätzel M.는, "값이 싼 것 의 염료 민감하게 한 콜로이드 TiO2에 근거를 둔 높 효율성 태양 전지" 성격 353, 737-40 1991년을 촬영합니다.
8. Corma A., Atienzar P., Garcia H., 그 외 여러분 "태양 세포 사용을 위한 잠재력에 계층적으로 mesostructured 진한 액체로 처리된 CeO2", 성격 Mater. 3, 394-7 (2004년).
9. Singh V.P., Singh R.S., 톰슨 G.W., Jayaraman V., Sanagapalli S., Rangari V.K., "태양 전지 응용을 위한 sonochemical, 마이크로파와 해결책 성장 방법으로" 날조되는 nanocrystalline 카드뮴 필름의 특성 Sol. 에너지 Mater. Sol. 세포 81(3), 293-303 2004년.
10. Garcia Martinez J, 랭커스터 TM, Ying JY, "각자 소집된 탄소 nanofoams의 종합 및 촉매 응용", 전진. Mater. 20(2), 288-92 2008년.
11. Willis R.R., 베냉 A., Snurr R.Q., Yazaydin O., "에너지 도전을 위한 나노 과학에서 에너지 도전을 위한 나노 과학에서 이산화탄소 붙잡음을 위한 나노 과학,", Ed. J. Garcia Martinez, 윌에이 VCH (2010년).

, 저작권 AZoNano.com Javier Garcia Martínez 교수 (Alicante의 대학)

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

Last Update: 14. June 2013 01:35

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