Related Offers

Нанотехнология на более Яркое и Более Устойчивое Будущее

Профессором Ксавьером Garcia-Martínez

Профессор Ксавьер Garcia-Martínez, Elena Serrano и Guillermo Русьb, Молекулярная Лаборатория Нанотехнологии, Dpt Неорганической Химии, Университет Аликанте, Аликанте, Испании. bDpt. Структурные Механики, Университет Гранады, Гранады, Испании.
Соответствуя автор: j.garcia@ua.es

Нанотехнология, с своим беспрецедентный управлением над структурой материалов, может обеспечить нас с главными материалами которые откроют большущий потенциал много технологий энергии в настоящее время на участке открытия. Поиски для более устойчивых технологий энергии не только научная работа которая может воодушевить все поколение научных работников, только самый лучший путь установить новую экономию основанную на рационализаторстве, более лучше оплащенном работы, и внимательность для окружающей среды1,2.

Солнечная Энергия: Нанотехнология для того чтобы Захватить Энергию Солнця

Согласно Статистик Энергии IEA3, возобновляющая энергия определенная вокруг 13,1% из доли топлива энергии поставкы полной первичной энергии мира в 2004, где фотовольтайческая технология представила только 0,04%. Таким Образом даже если солнечная энергия свободна и обильна, мы все еще далеко отсутствующие напористой системы основанной на этой технологии.

Кроме Того, Сценарий Альтернативной Политики представленный в Внешнем Виде 2006 Мировой Энергетики4 предсказывал увеличение photovoltaics вокруг 60 времен от 2004 до 2030 год. В действительности, развитие фотовольтайческой технологии провоцировало что свое цена падало вниз к десятому в последних 20 летах (от 2,00 $/kWh в 1980 до 0.20-0.30 $/kWh в 2003). Изучения Независимого предлагают что цены будут продолжаться понизиться и что правдоподобно envisage цены вокруг 0,06 $/kWh к 2020.

Применение нанотехнологии в клетках PV уже производит некоторые значительно преимущества для того чтобы увеличить эффективность/стоимый коэффициент путем использование материалов с различными bandgaps, т.е., multilayers ультратонких материалов nanocrystalline, новых красок или многоточий суммы, среди других. Например, способность контролировать bandgap энергии обеспечивает гибкость и взаимозаменяемость. Также, nanostructured материалы увеличивают эффективный оптически путь и значительно уменьшают вероятность рекомбинации обязанности. Квант хлынется приборы как многоточия суммы и проводы суммы, так же, как приборы включая nanotubes углерода, изучаются для применений космоса с потенциальной эффективностью до 45%.

Многоточия суммы Nanocrystal (NQDs)5 кристаллические частицы нанометр-маштаба одиночные полупроводников. Должно к влиянию удерживания суммы, их светлой длины волны абсорбциы и излучения могут быть проконтролированы путем портняжничать размер NQDs. В Наше Время, обычные фотоэлементы главным образом построены на кремнии (Диаграмме 1). Потому Что высокая цена кремния PV-степени, эта технология не likeky для того чтобы быть одним для того чтобы принести вниз цену солнечного произведенного электричества below1 $/kWh. В контрасте, как пример их привлекательного будущего как более эффективные фотоэлементы, аналогичные многоточия суммы nanocrystalline имеют близко к эффективности 40%.

Диаграмма 1. Развитие технологии PV: от обычной (кремни-основанные фотоэлементы) к nanostructured фотоэлементам (сумм-основанные и краск-сенсибилизированные фотоэлементы)1

Польза материалов nanocrystalline в тонкопленочных многослойных клетках также помогает достигнуть регулярн кристаллического строения, которое более добавочно увеличивает эффективность преобразования энергии. Пример nanostructured слоев в тонкопленочных фотоэлементах недавно был сообщен Singh et al.6 Nanocrystalline CdTe и фильмы Компактных дисков на ITO-покрынных стеклянных (субстратах окиси олова индия) были синтезированы как потенциальный n-тип слои окна в фотоэлементах CdTe соединения гомо p-n (hetero) тонкопленочных. Nanocrystals CdTe вокруг 12 nm в экспонате диаметра эффективный зазор диапазона eV 2,8, очевидный голубой перенос от eV 1,5 навального CdTe (Диаграммы 2).

Диаграмма 2. Пример nanomaterials для изготовления фотогальванических элементов. Левая часть: Изображение FE-SEM фильма CdTe nanocrystalline на ITO-покрынном стеклянном субстрате. Inset показывает спектр поглощения фильма CdTe nanocrystalline на ITO-покрынном стеклянном субстрате. Правая часть: Конфигурация Прибора Glass/ITO/n-Nano-CdTe/p-bulk CdTe/фотоэлемента графита. Приспособлено с позволением от ref.6. Авторское Право 2004, Elsevier

Другая алтернатива предложенная нанотехнологией к обычным кремни-основанным фотоэлементам польза краск-сенсибилизированных фотоэлементов. Краск-Сенсибилизированные photoelectrochemical фотоэлементы (PES или клетки Grätzel) представляют относительно новый класс недорогих тонкопленочных фотоэлементов7. Nano-Составленное TiO2, CeO2, Компактные диски и CsTe представил интерес большие интересы как поглощающие слои windowing и света8,9. Эти краск-сенсибилизировали nanostructured фотоэлементы, которые состоят из приборов как nanocrystal фотоэлементы, photoelectrochemical клетки и фотоэлементы полимера, изучаются для земных применений и представляют третье поколение photovoltaics.

Последние выдвижения в фотовольтайческую технологию основаны на подготовке nanocomposites основанных на смешивании nanoparticles с проводными полимерами или mesoporous окисями металла при высокие поверхностные области таким образом увеличивая внутренние отражения и впоследствии имея одиночный слой multispectrum.

Предварительные Nanomaterials для Быстрого и Эффективного Накопления Энергии

Много из алтернатив экологически чистой энергии производят (например фотоэлементы, ветер PV) или требуют (например продукция, вода водопода разделяя) электричество. Поэтому, больше роман и эффективного способа хранить электричество необходимы. Системы Накопления энергии включают батареи, и среди их батареи Li-Иона специально привлекательны потому что они водят к увеличению 100-150% на ёмкости запоминающего устройства энергии в вес блока и тома по сравнению с более традиционными водяными батареями. Однако, некоторые недостатки возникают, отнесли к низким энергии и плотности мощности, большому изменению тома на реакции, безопасности и ценам.

Нанотехнология уже производит некоторые очень определенные решения к полю перезаряжаемых батарей. Проводимость Электролита увеличивает до 6 времен путем вводить nanoparticles глинозема, кремния или циркония к неводным жидкостным электролитам. Большинств усилия были сфокусированы на полупроводниковых электролитах, твердых электролитах полимера (SPE).

Поли (окись этилена) - основанные (PEO-основанный) SPE получили большинств внимание в виду того что PEO безопасно, зеленые и водят к гибким фильмам. Однако, полимеры обычно имеют низкую проводимость на комнатной температуре и, в зависимости от составов SPE, их interfacial деятельность и механически стабилность не достаточн высокий.

В этом чувстве, электролиты полимера nanocomposite смогли помочь в изготовлении сильно эффективных, безопасных и зеленых батарей. Например, введение керамических nanomaterials как сепараторы в электролитах полимера увеличивает электрическую проводимость этих материалов на комнатной температуре от 10 до 100 времен сравненных с соответствуя undispersed системой SPE. TiO2, AlO23 и SiO2 и S-ZrO2 (сульфат-повышенный zirconia superacid) были использованы в этой цели и результаты показывают что введение S-ZrO2 вело к самому лучшему представлению6.

Другие Возможности на более Яркое Будущее

Много других примеров пользы нанотехнологии сделать производство энергии, хранение и пользу более эффективными, как польза nanostructured электродов в supercapacitors10, романных иерархических пористых катализаторов для предварительного химиката обрабатывая или nanostructured каталитических электродов для применений отсека топливного бака. Например, nanostructured материалы углерода с различными структурами были синтезированы в нашей лаборатории через supramolecular templating получая nanofoams cabon с высокой поверхностной областью и хорошей электрической проводимостью, превосходные химикат, механически, и термальные стабилности (Диаграмма 3)10.

Диаграмма 3. материалы углерода Nanostructured с различными структурами подготовила через supramolecular templating и изображение TEM для nanostructured фильмов углерода тонких. Приспособлено с позволением от Авторского Права 2008 REF. 10., Wiley Interscience.

Эти материалы были испытаны цикловой вольтамперометрией по мере того как электроды supercapacitor и эти материалы показывают специфические емкости над 120 F A/g или 100 F A/cm3, плотностями порошка 10 kW A/kg и плотностями энергии 10 Wh A/kg. Но много других возможностей, как светлые nanocomposites для больше перевозки энергии эффективной, польза nanomaterials в конструкции и nanoporous адсорбенты для CO2 захватывают11.

Управление Нанотехнологии беспрецедентное над размером, структурой, и организацией дела обеспечивает очень материальные примеры как более лучшие материалы способствуют к благополучию настоящего момента и будущих поколений путем доказывать альтернативные пути уборщика произвести и использовать энергию.


Справки

1. J. Garcia Martinez, Ed. «Нанотехнология для Возможности Энергии», Wiley-VCH, Weinheim, 2010.
2. Serrano E., G. Руси, J. «Нанотехнология Garcia-Martinez для устойчивой энергии», Возобновляет. Sust. Rev. Энергии, 13(9), 2373-84, 2009.
3. «Renewables в глобальном энергоснабжении: лист фактов IEA», IEA/OECD. 2007.
4. Внешний Вид Мировой Энергетики 2006, OECD/IEA 2006.
5. Stockman M., «Светоиспускающие приборы: От nano-оптики к Природа Mater уличным светам». 3 (7), 423-4, 2004.
6. Singh R.S., Rangari V.K., Sanagapalli S., Jayaraman V., Mahendra S., Singh V.P., «Nano-Составил CdTe, Компактные диски и TiO2 для Sol применений фотоэлемента тонкого фильма». Sol Энергии. Клетки 82, 315-33, 2004.
7. B.O'Regan, Grätzel M., «Недорогое, фотоэлемент высокой эффективности основанный на краск-сенсибилизированном коллоидном TiO2 снимает» Природу 353, 737-40, 1991.
8. A. Corma, P. Atienzar, H. Garcia, et al. «Иерархически mesostructured данное допинг CeO2 с потенциалом для пользы фотоэлемента», Природа Mater. 3, 394-7 (2004).
9. Singh V.P., Singh R.S., Томпсон G.W., Jayaraman V., Sanagapalli S., Rangari V.K., «Характеристики фильмов Компактных дисков nanocrystalline изготовленных методами sonochemical, микроволны и разрешения роста для Sol применений фотоэлемента». Энергия Mater. Sol. Клетки 81(3), 293-303, 2004.
10. Garcia-Martinez J, Ланкастер TM, Ying JY, «Синтез и каталитические применения собственн-собранных nanofoams углерода», Adv. Mater. 20(2), 288-92, 2008.
11. Willis R.R., A. Бенина, Snurr R.Q., O. Yazaydin, «Нанотехнология для Захвата Углекислого Газа, в Нанотехнологии для Возможности Энергии», в Нанотехнологии для Возможности Энергии, Ed. J. Garcia Martinez, Wiley-VCH (2010).

Авторское Право AZoNano.com, Профессор Ксавьер Garcia-Martínez, (Университет Аликанте)

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

Last Update: 14. June 2013 01:52

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