Related Offers

Nanotechnology för en Ljusare och mer Hållbar Framtid

vid Professorn Javier Garcia-Martínez

Professor Javier Garcia-Martínez, Elena Serrano och Guillermo Rusb, Molekylärt NanotechnologyLabb, Oorganisk KemiDpt, Universitetar av Alicanten, Alicante, Spanien. bDpt. Strukturella Mekaniker, Universitetar av Granada, Granada, Spanien.
Motsvarande författare: j.garcia@ua.es

Nanotechnology med dess aldrig tidigare skådat kontrollerar över strukturera av material, kan ge oss med överlägsna material att ska lås enormt potentiellt av många energiteknologier upp på upptäckten arrangerar gradvis för närvarande. Sökanden för mer hållbar energiteknologier är inte endast en vetenskaplig strävan, som kan inspirera en hel utveckling av forskare, bara det bäst långt att upprätta en ny ekonomi som baseras på innovation, att förbättra betald jobb och att att bry sig för miljön1,2.

Sol- Energi: Nanotechnology till Tillfångatagandet Energin av Sunen

Enligt IEA-EnergiStatistiken3den förnybara energin som redogöras för omkring 13,1% av tankaaktien av världs sammanlagd primär energiförsörjningenergi i 2004, var photovoltaic teknologi föreställde den endast 0,04%en. Således om även sol- energi är fri och överflödande, är vi stilla långväga av ett driftigt system som baseras på denna teknologi.

Dessutom har Scenariot för Alternativ Politik som framläggas i Framtidsutsikten 2006 för VärldsEnergi, 4 förutsagt en förhöjning av photovoltaicsen av omkring 60 tider från 2004 till 2030 år. I faktum har evolutionen av photovoltaic teknologi provocerat att dess prissätta har stupat att besegra till ett tionde i jumbon 20 år (från 2,00 $/kWh i 1980 till 0.20-0.30 $/kWh i 2003). Oberoende studier föreslår att kostar ska fortsätter till nedgången och att den är sannolik att förutse kostar av omkring 0,06 $/kWh vid 2020.

Applikationen av nanotechnology i PV-celler producerar några viktiga fördelar till förhöjning effektiviteten/kostar redan förhållande, genom att använda material med olika bandgaps, dvs. pricker multilayers av ultra-tunna nanocrystallinematerial, nya färger eller quantumen, bland andra. Till exempel ger kapaciteten att kontrollera energibandgapen böjlighet och inter-ombytlighet. Också förhöjer nanostructured material den effektiva optiska banan och markant minskningen probabilityen av laddningsåterkombinationen. Quantum väller fram apparater liksom quantum pricker, och quantumen binder, såväl som apparater som inkorporerar kolnanotubes, är utstuderade för utrymmeapplikationer med en potentiell effektivitet upp till 45%.

Den Nanocrystal quantumen pricker (NQDs)5 är crystalline partiklar för nanometer-fjäll singel av halvledare. Tack vare verkställer quantumfångenskapen, deras ljusa absorbering, och utsläppvåglängder kan kontrolleras, genom att anpassa storleksanpassa av NQDs. Nuförtiden byggs konventionella sol- celler mestadels på silikoner (Figurera 1). PV-gradera silikoner, denna teknologi är inte likeky att vara den som ska kommas med, besegrar kosta av sol- frambragd elektricitet below1 $/kWh, Därför Att kicken kostar av. I kontrast som ett exempel av deras attraktiva framtid som effektivare sol- celler pricker den motsvarande nanocrystallinequantumen har nästan 40% effektivitet.

Figurera 1. Evolution av PV-teknologi: från konventionellt (silikon-baserade sol- celler) till nanostructured sol- celler (quantum-baserade och färg-sensitized sol- celler)1

Bruket av nanocrystallinematerial tunn-filmar in multilayered celler hjälper också att uppnå en crystalline stamgäst strukturerar, som förhöjer vidare energiomvandlingseffektiviteten. Ett exempel av nanostructured lagrar tunn-filmar in sol- celler har anmälts för en tid sedan av Singh o.a.6 Nanocrystalline CdTe, och CdS filmar på ITO-täckte glass substrates (för indiumtinoxiden) har synthesized, som potentiella n-typ fönsterlagrar i föreningspunkt för p--nhomo (hetero) tunn-filmar CdTe sol- celler. CdTe nanocrystals av omkring 12 nm i diameterutställning ett effektivt musikbandmellanrum av eV 2,8, en tydlig blått skiftar från eVen 1,5 av bulk CdTe (Figurera 2).

Figurera 2. Exempel av nanomaterials för fabricering för photovoltaic celler. Lämnad del: FE-SEM avbildar av en nanocrystalline CdTe filmar på dentäckte glass substraten. Inlägg visar att absorberingsspectrumen av en nanocrystalline CdTe filmar på dentäckte glass substraten. Höger del: Apparatkonfiguration av en Glass/ITO/n-Nano-CdTe/p-bulk CdTe/den sol- cellen för grafit. Anpassat med tillåtelse från ref.6. Ta Copyrightt på 2004, Elsevier

Ett Annat alternativ som erbjuds av nanotechnology till konventionella silikon-baserade sol- celler, är bruket av färg-sensitized sol- celler. Färg-Sensitized photoelectrochemical sol- celler (PESEN eller Grätzel celler) föreställer ett förhållandevis nytt klassificerar av låg-kostar tunn-filmar sol- celler7. Nano-Strukturerade TiO2, CeO2, CdS och CsTe är av store intresserar som windowingen och de ljusa absorberande lagrarna8,9. Dessa färg-sensitized nanostructured sol- celler, som består av apparater liksom nanocrystal sol- celler, photoelectrochemical celler och sol- celler för polymer, är utstuderade för terrestrial applikationer och föreställer den tredje utvecklingen av photovoltaicsen.

De sist framflyttningarna i photovoltaic teknologi baseras på förberedelsen av nanocomposites som baseras på blandningen av nanoparticles med ledande polymrer, eller mesoporous belägga med metall oxider med kick ytbehandlar ökande inre reflexioner för områden thus och, därför, att ha ett singelmultispectrumlagrar.

Avancerade Nanomaterials för Fastar och Effektiv EnergiLagring

Många av den rena energialternativjordbruksprodukter (e.g. sol- celler för PV, lindar), eller kräver (e.g väteproduktionen, bevattnar att dela), elektricitet. Därför är en mer roman och effektivt långt att lagra elektricitet nödvändiga. System för Energilagring inkluderar batterier, och bland dem är Li-Jon batterier special attraktiva, därför att de leder till en förhöjning av 100-150% på lagringskapacitet av energi per enhet väger och volym som jämfört med de traditionellare aqueous batterierna. Ändå missgynnar något uppstår, förband till låg energi och driver täthet, stor volymändring på reaktion, säkerhet och kostar.

Nanotechnology producerar redan några very specifika lösningar till sätta in av uppladdningsbara batterier. Electrolyteconductivityförhöjningar upp till sex tider, genom att introducera nanoparticles av alumina, silikoner eller zirconium till non-aqueous vätskeelectrolytes. Mest försök har fokuserats på halvledar- electrolytes, fasta polymerelectrolytes (SPE).

Poly (ethyleneoxid) - baserad (PEO-baserad) SPE mottog mest uppmärksamhet, sedan PEO är kassaskåpet, gräsplan och leder till böjligt filmar. Ändå har polymrer vanligt låg conductivity på rumstemperaturen, och, beroende av SPE-sammansättningar, är deras mellan två ytor aktivitet och mekaniska stabilitet inte kicken nog.

I denna avkänning kunde nanocompositepolymerelectrolytes bistå i fabriceringen av för den högt effektiva, kassaskåpet och gräsplanbatterier. Till exempel undispersed inledningen av keramiska nanomaterials som jobbkort i polymerelectrolytesförhöjningar den elektriska conductivityen av dessa material på rumstemperaturen från 10 till 100 tider som jämfördes med motsvara, SPE-systemet. TiO2, AlO23 och SiO2 och S-ZrO2 (sulphate-främjad superacidzirconia) har använts för denna ämnar, och resultat avslöjer att inledningen av S-ZrO2 ledde till den bäst kapaciteten6.

Andra Tillfällen för en Ljusare Framtid

Det finns många andra exempel av bruket av nanotechnology att göra energiproduktionen, lagring, och effektivare bruk, att gilla bruket av nanostructured elektroder i supercapacitors10, nya hierarkiska porösa katalysatorer för avancerat kemiskt bearbeta eller nanostructured katalytiska elektroder för tankar cellapplikationer. Till exempel strukturerar har nanostructured kolmaterial med olikt synthesized i vårt laboratorium via supramolecular templating erhållande cabonnanofoams med kick ytbehandlar område och bra elektrisk conductivity, utmärkta kemiska, mekaniska och termiska stabiliteter (Figurera 3)10.

Figurera 3. Nanostructured kolmaterial med olikt strukturerar förberett via supramolecular templating, och TEM avbildar för nanostructured kol filmar thin. Anpassat med tillåtelse från referens. 10. Ta Copyrightt på 2008, Wiley Interscience.

Dessa material testades av cyklisk voltammetry, som supercapacitorelektroder och dessa material ställer ut specifika kapacitenser över 120 F A/g eller 100 F A/cm3, pudrar tätheter av 10 kW A/kg och energitätheter av 10 Wh A/kg. Men det finns många andra tillfällen, ljusa nanocomposites för något liknande för mer effektivt trans. för energi, bruket av nanomaterials i konstruktion och nanoporous adsorbents för CO-2 tillfångatagande11.

Aldrig tidigare skådad Nanotechnology kontrollerar över storleksanpassa, strukturerar, och organisationen av materien ger mycket påtagliga exempel av hur bättre material bidrar till brunn-vara av närvarande och framtida utvecklingar, genom att bevisa alternativ mer ren väg till jordbruksprodukter och använder energi.


Hänvisar till

1. J. Garcia Martinez, Ed. ”Nanotechnology för EnergiUtmaningen”, Wiley-VCH, Weinheim, 2010.
2. Serrano E., Rus G., Garcia-Martinez J. ”Nanotechnology för hållbar energi”, Förnyar. Sust. EnergiRev., 13(9), 2373-84, 2009.
3. ”Renewables i global energiförsörjning: fakta för en IEA täcker”, IEA/OECD. 2007.
4. Framtidsutsikt 2006, OECD/IEA 2006 för VärldsEnergi.
5. Stockman M., ”Ljus-Sända ut apparater: Från nano-optik till gatan tänder” Naturen Mater. 3 (7), 423-4, 2004.
6. Singh R.S., Rangari V.K., Sanagapalli S., Jayaraman V., Mahendra S., Singh V.P., ”Nano-Strukturerade CdTe, CdS och TiO2 för tunt Solenoid filmar för sol- cellapplikationer”. EnergiSolenoid. Celler 82, 315-33, 2004.
7. O'Regan B., Grätzel M., ”Enkosta, kick-effektivitet den sol- cellen som baseras på färg-sensitized colloidal TiO2, filmar” Natur 353, 737-40, 1991.
8. Corma A., Atienzar P., Garcia H., o.a. ”Hierarkiskt mesostructured dopad CeO2 med potentiellt för sol--cell bruk”, Natur Mater. 3 394-7 (2004).
9. Singh V.P., Singh R.S., Thompson G.W., Jayaraman V., Sanagapalli S., Rangari V.K., ”Kännetecken av nanocrystallineCdS filmar fabricerat av sonochemical, mikrovåg- och lösningstillväxtmetoder Solenoid för för sol- cellapplikationer”. Energi Mater. Solenoid. Celler 81(3), 293-303, 2004.
10. Garcia-Martinez J, Lancaster TM, Ying JY, ”Syntes och katalytiska applikationer av själv-församlade kolnanofoams”, Adv. Mater. 20(2) 288-92, 2008.
11. Willis R.R., Benin A., Snurr R.Q., Yazaydin O., ”Nanotechnology för KoldioxidTillfångatagande, i Nanotechnology för EnergiUtmaningen”, i Nanotechnology för EnergiUtmaningen, Ed. J. Garcia Martinez, Wiley-VCH (2010).

Ta Copyrightt på AZoNano.com, Professorn Javier Garcia-Martínez, (Universitetar av Alicanten)

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

Last Update: 14. June 2013 01:59

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