Related Offers

纳米技术更加明亮和能承受将来

由哈维尔加西亚教授 Martínez

吉列尔莫鲁斯,分子纳米技术实验室,无机化学b Dpt,阿利坎特,阿利坎特,西班牙大学教授哈维尔加西亚Martínez,埃琳娜 Serrano 和。 bDpt. 结构上的技工,格拉纳达,格拉纳达,西班牙大学。
对应的作者: j.garcia@ua.es

纳米技术,与其对材料结构的史无前例的控制,可能提供我们以当前将打开许多能源技术极大的潜 在发现阶段的优越材料。 对更加能承受的能源技术的搜寻是可能启发全部的一代科学家不仅的科学努力,但是这个最佳的方式设立在创新、更加待遇优厚的工作和喜欢基础上的新的经济这个环境1,2

太阳能: 获取太阳的能源的纳米技术

根据 IEA 能量统计3,在 2004年可再造能源占大约 13.1% 世界的总主要能源供应能源燃料共用,其中光致电压的技术只表示 0.04%。 因而,即使太阳能是自由和丰富的,我们很远仍然是在此技术基础上的一个精力充沛的系统。

其外, 2006年世界能量展望存在的代替的政策方案4 预测大约从 2004年的 60 次 photovoltaics 增量到 2030 年。 实际上,在 2003 光致电压的技术的演变挑衅其价格倒下了对第十在最近 20 年 (从 2.00 $/kWh 1980年到 0.20-0.30 $/kWh)。 独立研究建议费用将继续下降,并且在 2020年之前想象大约 0.06 $/kWh 的费用是振振有词的。

通过使用用不同的 bandgaps,纳米技术的应用在 PV 细胞的已经导致那些重大的好处增加效率/花费的比例,即,超薄的 nanocrystalline 材料,新的染料或数量小点 multilayers 的材料,除了别的以外。 例如,这个能力控制能源 bandgap 提供灵活性和互换性。 并且, nanostructured 材料提高有效光学路径和极大减少充电再结合的概率。 Quantum 涌出设备例如数量小点和数量电汇,以及合并碳 nanotubes 的设备,为与一张潜在的效率的空间应用被学习至 45%。

Nanocrystal 数量小点 (NQDs)5 是半导体毫微米缩放比例唯一水晶微粒。 由于数量分娩作用,他们的光吸收和放射波长可以通过剪裁 NQDs 的范围控制。 现今,常规太阳能电池在硅 (图 1) 主要被建立。 由于 PV 级别硅的高费用,此技术不是 likeky 是减少太阳发的电 below1 $/kWh 的费用的那个。 相反,例如他们作为更加高效的太阳能电池的有吸引力的远期,类似的 nanocrystalline 数量小点有近 40% 效率。

图 1. PV 技术演变: 从常规 (基于硅的太阳能电池) 对 nanostructured 太阳能电池 (基于数量的和使染料敏感的太阳能电池)1

使用在薄膜多层的细胞的 nanocrystalline 材料也帮助达到一个正常水晶结构,进一步提高能量转换效率。 nanostructured 层的示例在薄膜太阳能电池的由辛哈 Nanocrystalline CdTe 等6 最近报告了,并且在 ITO 上漆的玻璃 (铟罐子氧化物) 基体的 CdS 影片被综合了作为在 p-n 拉人 (hetero) 连接点薄膜 CdTe 太阳能电池的潜在的 n 型的视窗层。 CdTe nanocrystals 大约 12 毫微米在直径展览 2.8 eV 有效带隙,从 1.5 eV 的明显的蓝移批量 CdTe (图 2)。

图 2. nanomaterials 示例光电池制造的。 左部分: 一部 nanocrystalline CdTe 影片的 FE-SEM 图象在 ITO 上漆的玻璃基体的。 插页显示一部 nanocrystalline CdTe 影片的吸收光谱在 ITO 上漆的玻璃基体的。 正确的部分: Glass/ITO/n 纳诺 CdTe/p 批量项目货签 CdTe/石墨太阳能电池的设备配置。 适应经 ref.6 同意。 版权 2004年, Elsevier

纳米技术提供的另一替代为常规基于硅的太阳能电池是使用使染料敏感的太阳能电池。 使染料敏感的 photoelectrochemical 太阳能电池 (观点扫描器或 Grätzel 细胞) 表示低价的薄膜太阳能电池相对地新的选件类7。 纳诺构建的 TiO2、 CeO2、 CdS 和 CsTe 是巨大利益作为多窗口和轻的引人入胜的层8,9。 这些染料使 nanostructured 太阳能电池敏感,包括设备例如 nanocrystal 太阳能电池、 photoelectrochemical 细胞和聚合物太阳能电池,为地球应用被学习并且表示第三代 photovoltaics。

最后预付款在光致电压的技术在 nanoparticles 基础上的混合的 nanocomposites 的准备基础上与导电性聚合物或 mesoporous 金属氧化物的与高表面因而增加内部反射,并且,因而,有一块 multispectrum 层。

快速和高效的能量储备的先进的 Nanomaterials

许多清明节选择导致 (即 PV 太阳能电池,风) 或要求 (即分裂氢生产的水) 电。 所以,更多新颖和有效方法存储电是需要的。 能量储备系统包括电池,并且在他们中李离子电池是特殊地有吸引力的与更加传统的含水电池比较,因为他们导致增量 100-150% 在能源每个单位重量和数量的贮藏能力。 然而,有些缺点与低能源出现,关连和功率密度、大容量的更改在回应,安全性和费用。

纳米技术已经导致一些非常详细的解决方法对可再充电电池的域。 电解质传导性通过引入氧化铝、硅或者锆 nanoparticles 增加六次对非水的液体电解质。 多数工作成绩集中于固体电解质,固定的聚合物电解质 (SPE)。

多 (氧化乙烯) - 基于 (基于 PEO 的) SPE 受到了多数注意,因为 PEO 是安全的,绿色并且导致灵活的影片。 然而,聚合物通常有低传导性在室温,并且,根据 SPE 构成,他们界面的活动和机械稳定性不是足够高。

这样, nanocomposite 聚合物电解质在生产能帮助非常有效率,安全和绿色电池。 例如,陶瓷 nanomaterials 的简介当在聚合物电解质的分隔符增加这些材料电导率在室温从 10 到 100 次比较对应的 undispersed SPE 系统。 2为此23 使用了 TiO2 、 AlO2 和 SiO 和 S-ZrO (硫酸盐促进的 superacid 氧化锆) 和结果表示 S-ZrO 的简介2 导致了最佳的性能6

其他机会更加明亮的远期

有使用的许多其他示例纳米技术使发电、存贮和使用高效,象使用 nanostructured 电极在 supercapacitors10,新颖的分层结构多孔催化剂处理先进的化学制品的或 nanostructured 催化作用的电极燃料电池应用的。 例如,用不同的结构的 nanostructured 碳材料在我们的实验室被综合了通过与高表面和好电导率的超分子的 templating 的获得的 cabon nanofoams,非常好化学制品,机械和耐热性 (图 3)10

图 3. Nanostructured 用不同的结构的碳材料通过超分子 templating 和 TEM 图象为 nanostructured 碳薄膜做准备。 适应经参考 10. 版权同意 2008年,威里 Interscience。

这些材料由循环伏安法测试, supercapacitor 电极和这些材料陈列特定电容 120 F A/g 或 100 F A/cm3,粉末密度 10 kW A/kg 和能量密度 10 Wh A/kg。 但是有许多其他机会,象更加省能源的运输的轻的 nanocomposites,使用 nanomaterials 在建筑,并且 CO 的 nanoporous 吸附2 获取11

对问题的范围、结构和组织的纳米技术史无前例的控制提供非常单据示例的更好的材料如何造成今后生成福利通过证明替代擦净剂方式导致和使用能源。


参考

1. J. 加西亚马丁内斯,爱德。 “能源挑战的纳米技术”,威里VCH, Weinheim, 2010年。
2. Serrano E.,鲁斯 G.,加西亚马丁内斯 J. “能承受的能源的纳米技术”,更新。 Sust。 能源 13(9), 2373-84, 2009年。
3. “在全球能源的可更新性: IEA 情况说明书”, IEA/OECD。 2007年.
4. 世界能量展望 2006年, OECD/IEA 2006年。
5. 畜牧业者 M., “轻放射的设备: 从纳诺光学到街灯”本质 Mater。 3 (7), 423-4, 2004年。
6. 辛哈 R.S., Rangari V.K., Sanagapalli S., Jayaraman V., Mahendra S.,辛哈 V.P., “纳诺构建 CdTe、 CdS 和 TiO2 薄膜太阳能电池应用的” Sol。 能源 Sol。 细胞 82, 315-33, 2004年。
7. O'Regan B., Grätzel M., “在使染料敏感的胶质 TiO2 基础上的低价,高效率太阳能电池摄制”本质 353, 737-40, 1991年。
8. Corma A., Atienzar P.,加西亚 H.,等 “分层地 mesostructured 被掺杂的 CeO2 以潜在为太阳能电池使用”,本质 Mater。 3, 394-7 (2004)。
9. 辛哈 V.P.,辛哈 R.S.,汤普森 G.W., Jayaraman V., Sanagapalli S., nanocrystalline 太阳能电池应用的 sonochemical,微波和解决方法增长方法制造的 CdS 影片的 Rangari V.K., “特性” Sol。 能源 Mater。 Sol. 细胞 81(3), 293-303, 2004年。
10. 加西亚马丁内斯 J,兰卡斯特 TM, Ying JY, “综合和自被汇编的碳 nanofoams 的催化作用的应用”,副词。 Mater。 20(2), 288-92, 2008年。
11. Willis R.R.,贝宁 A., Snurr R.Q., Yazaydin O., “二氧化碳获取的纳米技术,在能源挑战的纳米技术方面”,在能源挑战的纳米技术方面,爱德。 J. 加西亚马丁内斯,威里VCH (2010)。

版权 AZoNano.com,哈维尔加西亚教授 Martínez, (阿利坎特大学)

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

Last Update: 14. June 2013 01:09

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