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納米技術更加明亮和能承受將來

由哈維爾加西亞教授 Martínez

吉列爾莫魯斯,分子納米技術實驗室,無機化學b Dpt,阿利坎特,阿利坎特,西班牙大學教授哈維爾加西亞Martínez,埃琳娜 Serrano 和。 bDpt. 結構上的技工,格拉納達,格拉納達,西班牙大學。
對應的作者: j.garcia@ua.es

納米技術,與其對材料結構的史無前例的控制,可能提供我們以當前將打開許多能源技術極大的潛 在發現階段的優越材料。 對更加能承受的能源技術的搜尋是可能啟發全部的一代科學家不僅的科學努力,但是這個最佳的方式設立在創新、更加待遇優厚的工作和喜歡基礎上的新的經濟這個環境1,2

太陽能: 獲取太陽的能源的納米技術

根據 IEA 能量統計3,在 2004年可再造能源佔大約 13.1% 世界的總主要能源供應能源燃料共用,其中光致電壓的技術只表示 0.04%。 因而,即使太陽能是自由和豐富的,我們很遠仍然是在此技術基礎上的一個精力充沛的系統。

其外, 2006年世界能量展望存在的代替的政策方案4 預測大約從 2004年的 60 次 photovoltaics 增量到 2030 年。 實際上,在 2003 光致電壓的技術的演變挑釁其價格倒下了對第十在最近 20 年 (從 2.00 $/kWh 1980年到 0.20-0.30 $/kWh)。 獨立研究建議費用將繼續下降,并且在 2020年之前想像大約 0.06 $/kWh 的費用是振振有詞的。

通過使用用不同的 bandgaps,納米技術的應用在 PV 細胞的已經導致那些重大的好處增加效率/花費的比例,即,超薄的 nanocrystalline 材料,新的染料或數量小點 multilayers 的材料,除了別的以外。 例如,這個能力控制能源 bandgap 提供靈活性和互換性。 並且, nanostructured 材料提高有效光學路徑和極大減少充電再結合的概率。 Quantum 湧出設備例如數量小點和數量電匯,以及合併碳 nanotubes 的設備,為與一張潛在的效率的空間應用被學習至 45%。

Nanocrystal 數量小點 (NQDs)5 是半導體毫微米縮放比例唯一水晶微粒。 由於數量分娩作用,他們的光吸收和放射波長可以通過剪裁 NQDs 的範圍控制。 現今,常規太陽能電池在硅 (圖 1) 主要被建立。 由於 PV 級別硅的高費用,此技術不是 likeky 是減少太陽發的電 below1 $/kWh 的費用的那個。 相反,例如他們作為更加高效的太陽能電池的有吸引力的遠期,類似的 nanocrystalline 數量小點有近 40% 效率。

圖 1. PV 技術演變: 從常規 (基於硅的太陽能電池) 對 nanostructured 太陽能電池 (基於數量的和使染料敏感的太陽能電池)1

使用在薄膜多層的細胞的 nanocrystalline 材料也幫助達到一個正常水晶結構,進一步提高能量轉換效率。 nanostructured 層的示例在薄膜太陽能電池的由辛哈 Nanocrystalline CdTe 等6 最近報告了,并且在 ITO 上漆的玻璃 (銦罐子氧化物) 基體的 CdS 影片被綜合了作為在 p-n 拉人 (hetero) 連接點薄膜 CdTe 太陽能電池的潛在的 n 型的視窗層。 CdTe nanocrystals 大約 12 毫微米在直徑展覽 2.8 eV 有效帶隙,從 1.5 eV 的明顯的藍移批量 CdTe (圖 2)。

圖 2. nanomaterials 示例光電池製造的。 左部分: 一部 nanocrystalline CdTe 影片的 FE-SEM 圖像在 ITO 上漆的玻璃基體的。 插頁顯示一部 nanocrystalline CdTe 影片的吸收光譜在 ITO 上漆的玻璃基體的。 正確的部分: Glass/ITO/n 納諾 CdTe/p 批量項目貨簽 CdTe/石墨太陽能電池的設備配置。 適應經 ref.6 同意。 版權 2004年, Elsevier

納米技術提供的另一替代為常規基於硅的太陽能電池是使用使染料敏感的太陽能電池。 使染料敏感的 photoelectrochemical 太陽能電池 (觀點掃描器或 Grätzel 細胞) 表示低價的薄膜太陽能電池相對地新的選件類7。 納諾構建的 TiO2、 CeO2、 CdS 和 CsTe 是巨大利益作為多窗口和輕的引人入勝的層8,9。 這些染料使 nanostructured 太陽能電池敏感,包括設備例如 nanocrystal 太陽能電池、 photoelectrochemical 細胞和聚合物太陽能電池,為地球應用被學習并且表示第三代 photovoltaics。

最後預付款在光致電壓的技術在 nanoparticles 基礎上的混合的 nanocomposites 的準備基礎上與導電性聚合物或 mesoporous 金屬氧化物的與高表面因而增加內部反射,并且,因而,有一塊 multispectrum 層。

快速和高效的能量儲備的先進的 Nanomaterials

許多清明節選擇導致 (即 PV 太陽能電池,風) 或要求 (即分裂氫生產的水) 電。 所以,更多新穎和有效方法存儲電是需要的。 能量儲備系統包括電池,并且在他們中李離子電池是特殊地有吸引力的與更加傳統的含水電池比較,因為他們導致增量 100-150% 在能源每個單位重量和數量的貯藏能力。 然而,有些缺點與低能源出現,關連和功率密度、大容量的更改在回應,安全性和費用。

納米技術已經導致一些非常詳細的解決方法對可再充電電池的域。 電解質傳導性通過引入氧化鋁、硅或者锆 nanoparticles 增加六次對非水的液體電解質。 多數工作成績集中於固體電解質,固定的聚合物電解質 (SPE)。

多 (氧化乙烯) - 基於 (基於 PEO 的) SPE 受到了多數注意,因為 PEO 是安全的,綠色并且導致靈活的影片。 然而,聚合物通常有低傳導性在室溫,并且,根據 SPE 構成,他們界面的活動和機械穩定性不是足够高。

這樣, nanocomposite 聚合物電解質在生產能幫助非常有效率,安全和綠色電池。 例如,陶瓷 nanomaterials 的簡介當在聚合物電解質的分隔符增加這些材料電導率在室溫從 10 到 100 次比較對應的 undispersed SPE 系統。 2為此23 使用了 TiO2 、 AlO2 和 SiO 和 S-ZrO (硫酸鹽促進的 superacid 氧化锆) 和結果表示 S-ZrO 的簡介2 導致了最佳的性能6

其他機會更加明亮的遠期

有使用的許多其他示例納米技術使發電、存貯和使用高效,像使用 nanostructured 電極在 supercapacitors10,新穎的分層結構多孔催化劑處理先進的化學製品的或 nanostructured 催化作用的電極燃料電池應用的。 例如,用不同的結構的 nanostructured 碳材料在我們的實驗室被綜合了通過與高表面和好電導率的超分子的 templating 的獲得的 cabon nanofoams,非常好化學製品,機械和耐熱性 (圖 3)10

圖 3. Nanostructured 用不同的結構的碳材料通過超分子 templating 和 TEM 圖像為 nanostructured 碳薄膜做準備。 適應經參考 10. 版權同意 2008年,威里 Interscience。

這些材料由循環伏安法測試, supercapacitor 電極和這些材料陳列特定電容 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。 但是有許多其他機會,像更加省能源的運輸的輕的 nanocomposites,使用 nanomaterials 在建築,并且 CO 的 nanoporous 吸附2 獲取11

對問題的範圍、結構和組織的納米技術史無前例的控制提供非常單據示例的更好的材料如何造成今後生成福利通過證明替代擦淨劑方式導致和使用能源。


參考

1. J. 加西亞馬丁內斯,愛德。 「能源挑戰的納米技術」,威里VCH, Weinheim, 2010年。
2. Serrano E.,魯斯 G.,加西亞馬丁內斯 J. 「能承受的能源的納米技術」,更新。 Sust。 能源 13(9), 2373-84, 2009年。
3. 「在全球能源的可更新性: IEA 情況說明書」, IEA/OECD。 2007年.
4. 世界能量展望 2006年, OECD/IEA 2006年。
5. 畜牧業者 M., 「輕放射的設備: 從納諾光學到街燈」本質 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., 「納諾構建 CdTe、 CdS 和 TiO2 薄膜太陽能電池應用的」 Sol。 能源 Sol。 細胞 82, 315-33, 2004年。
7. O'Regan B., Grätzel M., 「在使染料敏感的膠質 TiO2 基礎上的低價,高效率太陽能電池攝製」本質 353, 737-40, 1991年。
8. Corma A., Atienzar P.,加西亞 H.,等 「分層地 mesostructured 被摻雜的 CeO2 以潛在為太陽能電池使用」,本質 Mater。 3, 394-7 (2004)。
9. 辛哈 V.P.,辛哈 R.S.,湯普森 G.W., Jayaraman V., Sanagapalli S., nanocrystalline 太陽能電池應用的 sonochemical,微波和解決方法增長方法製造的 CdS 影片的 Rangari V.K., 「特性」 Sol。 能源 Mater。 Sol. 細胞 81(3), 293-303, 2004年。
10. 加西亞馬丁內斯 J,蘭卡斯特 TM, Ying JY, 「綜合和自被彙編的碳 nanofoams 的催化作用的應用」,副詞。 Mater。 20(2), 288-92, 2008年。
11. Willis R.R.,貝寧 A., Snurr R.Q., Yazaydin O., 「二氧化碳獲取的納米技術,在能源挑戰的納米技術方面」,在能源挑戰的納米技術方面,愛德。 J. 加西亞馬丁內斯,威里VCH (2010)。

版權 AZoNano.com,哈維爾加西亞教授 Martínez, (阿利坎特大學)

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

Last Update: 14. June 2013 01:12

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