提升20%碳活性 研究員發(fā)現(xiàn)鈷酸鋰完美的替代材料
目前鋰電池都采用鈷酸鋰（LiCoO2）作為鋰離子二次電池正極材料，盡管合成溫度低，產(chǎn)品純度高、化學(xué)組成均勻等優(yōu)點(diǎn)，但是這種礦石的開(kāi)采毫無(wú)疑問(wèn)會(huì)增加鋰電池的成本，同時(shí)根據(jù)Rice大學(xué)的Arava教授稱(chēng)每1千瓦小時(shí)在生產(chǎn)和循環(huán)充電的過(guò)程中都會(huì)向大氣排放估計(jì)72公斤（159磅）的二氧化碳。對(duì)此今天研究人員發(fā)現(xiàn)了一個(gè)能夠完美替代的電極材料，這種新型的無(wú)公害和可充電電池采用了紅紫素（一種從從茜草植物的根中提取的紅色/黃色染料），并且能夠持續(xù)使用3500多年。這就意味著鋰電池由向地下開(kāi)采變成從植物根莖中提取，開(kāi)發(fā)成本大大降低。
上圖左邊為單獨(dú)的紅紫素，右圖為和鋰電進(jìn)行混合之后的樣子
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CIGS薄膜太陽(yáng)能電池核心技術(shù)重大突破
日前，據(jù)有關(guān)媒體從中國(guó)科學(xué)院獲悉，可取代“晶硅”原材料的“銅銦鎵硒”薄膜太陽(yáng)能電池核心技術(shù)取得重大突破，趕超國(guó)際水平，所制備的銅銦鎵硒（CIGS）太陽(yáng)能電池效率達(dá)到18.7%，邁入國(guó)際領(lǐng)先行列。
日前，據(jù)有關(guān)媒體從中國(guó)科學(xué)院獲悉，可取代“晶硅”原材料的“銅銦鎵硒”薄膜太陽(yáng)能電池核心技術(shù)取得重大突破，趕超國(guó)際水平，所制備的銅銦鎵硒（CIGS）太陽(yáng)能電池效率達(dá)到18.7%，邁入國(guó)際領(lǐng)先行列。
如果新的太陽(yáng)能電池技術(shù)大面積推廣應(yīng)用，不僅利于國(guó)內(nèi)太陽(yáng)能電池大面積推廣，而且還可減少對(duì)外輸出太陽(yáng)能產(chǎn)品的貿(mào)易壁壘。當(dāng)前能源危機(jī)和傳統(tǒng)能源對(duì)環(huán)境造成的污染日益嚴(yán)重，開(kāi)發(fā)清潔、可再生的能源就顯得日趨重要。而太陽(yáng)能由于清潔無(wú)污染、取之不盡，用之不竭，因此開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能成為世界各國(guó)可持續(xù)發(fā)展能源的戰(zhàn)略決策。
太陽(yáng)能電池的作用是把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，制作太陽(yáng)能電池的材料一般是半導(dǎo)體材料，能量轉(zhuǎn)換原理是利用半導(dǎo)體的光生伏特效應(yīng)。太陽(yáng)能電池的應(yīng)用覆蓋交通、通訊、石油、海洋、電站等領(lǐng)域。目前太陽(yáng)能電池分為6類(lèi)，但真正能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的太陽(yáng)能電池主要分兩大類(lèi)：第一類(lèi)是晶硅電池，包括多晶硅和單晶硅電池，這個(gè)占市場(chǎng)份額80%以上;第二類(lèi)是薄膜電池，又細(xì)分為非晶硅電池，其工藝簡(jiǎn)單，成本低，但效率低，有衰退跡象;碲化隔薄膜太陽(yáng)能電池，其成本低，易于大量生產(chǎn)，但效率低且鎘有毒，會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染;
CIGS薄膜電池，其效率高，成本低，性能良好，是今后發(fā)展太陽(yáng)能電池的一個(gè)重要方向。
CIGS模塊具有很大的發(fā)展優(yōu)勢(shì)，是因?yàn)镃IGS在各種薄膜光伏技術(shù)中效率最高，成本卻只有晶體硅太陽(yáng)電池的1/3。此外，CIGS太陽(yáng)能模塊發(fā)電效率和年平均發(fā)電量皆?xún)?yōu)于晶硅太陽(yáng)能模塊。另一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于，CIGS太陽(yáng)能電池模塊能源回收期只有晶硅太陽(yáng)能電池模塊的一半，CIGS在少于1年的時(shí)間內(nèi)即可回收。因此，CIGS薄膜太陽(yáng)能模塊可以更有效地節(jié)省非必要的能源消耗。
CIGS薄膜太陽(yáng)能電池經(jīng)過(guò)四十年的研究開(kāi)發(fā)，近年來(lái)進(jìn)展迅速，已進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化快速增長(zhǎng)期，目前歐美市場(chǎng)發(fā)展較為成熟擁有的企業(yè)也比較多，相比起來(lái)國(guó)內(nèi)起步較晚，生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)瓶頸的制約一直發(fā)展緩慢。而近幾年來(lái)由于太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，薄膜電池應(yīng)用范圍約來(lái)越廣，今年以來(lái)國(guó)內(nèi)多家企業(yè)紛紛投入CIGS薄膜電池項(xiàng)目建設(shè)，加上此次技術(shù)的突破在一定程度上將會(huì)更好地應(yīng)付未來(lái)的趨勢(shì)需求。
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京瓷推出轉(zhuǎn)換效率達(dá)17.8％的住宅用太陽(yáng)能電池模塊
京瓷于2012年11月20日宣布，已實(shí)現(xiàn)了面向日本住宅用途的、最大輸出功率為200W的多晶硅型太陽(yáng)能電池模塊的產(chǎn)品化。該模塊是該公司面向住宅的太陽(yáng)能電池模塊中輸出功率最高的，使用了48片高效率太陽(yáng)能電池單元，包括單元轉(zhuǎn)換效率達(dá)到17.8％的“Gyna”等。模塊轉(zhuǎn)換效率為15％左右。
此次的模塊將作為住宅用光伏發(fā)電系統(tǒng)“ECONOROOTS”系列的新產(chǎn)品，從2012年11月22日開(kāi)始通過(guò)京瓷太陽(yáng)能公司銷(xiāo)售。建議零售價(jià)（不含稅）方面，外形尺寸為W1338mm×L1012mm×H36mm的“ECONOROOTS type R（型號(hào)：KJ200P-3CRCE）”和W1341mm×L990mm×H36mm的“ECONOROOTS type G（型號(hào)：KJ200P-3CJ2CE）”均為10萬(wàn)日元（約合7600人民幣）。外形尺寸為W1338mm×L990mm×H46mm的“ECONOROOTS type U（型號(hào)：KJ200P-3CUCE）”為9.6萬(wàn)日元（約合7300人民幣）。
有關(guān)Gyna：
京瓷在展會(huì)“PV EXPO 2012”（2012年2月29日～3月2日，東京有明國(guó)際會(huì)展中心）上，展出了單元轉(zhuǎn)換效率為17.8％的多晶硅太陽(yáng)能電池“Gyna”。預(yù)定2012年4月以后開(kāi)始量產(chǎn)該電池單元，2012年度內(nèi)開(kāi)始銷(xiāo)售電池模塊。
京瓷針對(duì)日本政府于2012年7月1日啟動(dòng)的“新固定價(jià)格收購(gòu)制度”推進(jìn)了公共產(chǎn)業(yè)用大型太陽(yáng)能電池面板的開(kāi)發(fā)。該公司計(jì)劃在這類(lèi)面板中積極采用Gyna。
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美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室推出轉(zhuǎn)換效率達(dá)到18.2%的黑硅太陽(yáng)能電池
據(jù)報(bào)道，美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）的科學(xué)家利用納米技術(shù)，制成了轉(zhuǎn)換效率可達(dá)18.2%的黑硅太陽(yáng)能電池。這一數(shù)字相當(dāng)具有競(jìng)爭(zhēng)力，有關(guān)技術(shù)突破也向降低太陽(yáng)能使用成本邁進(jìn)了一大步。相關(guān)研究論文發(fā)表在近期的《自然？納米技術(shù)》雜志在線版上。
通常情況下，制造太陽(yáng)能電池需要涂覆額外的抗反射涂層以降低能源流失，但這將顯著提高成本。針對(duì)這一問(wèn)題，NREL量身定做了一種納米結(jié)構(gòu)的表面，可確保太陽(yáng)能電池能夠有效地收集生成的電力。研究人員在硅晶片上制成了銀納米島，并將其短暫地浸入液體之中，使每平方英寸的硅晶片表面上形成數(shù)十億納米尺寸的小孔。這些小孔比擊中它們的光波還要小，因此太陽(yáng)光無(wú)法識(shí)別出表面密度的突然變化，因而能夠減少不必要的陽(yáng)光反射，也能節(jié)約相應(yīng)的成本。同時(shí)，科學(xué)家還能通過(guò)控制納米結(jié)構(gòu)的載流子復(fù)合和表面的化學(xué)組成等，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)紀(jì)錄的黑硅太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)化效率。
科研人員通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，表面積增加中涉及的俄歇復(fù)合過(guò)程將限制大多數(shù)納米結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能電池中的光子聚集，而這種情況一般發(fā)生在電池內(nèi)含有過(guò)多的摻雜物時(shí)。因此他們?cè)噲D通過(guò)降低納米結(jié)構(gòu)內(nèi)的摻雜物濃度來(lái)抑制這一過(guò)程的發(fā)生，從而構(gòu)建出轉(zhuǎn)化效率可達(dá)18.2%的黑硅太陽(yáng)能電池。其幾乎可對(duì)整個(gè)太陽(yáng)能光譜作出理想的響應(yīng)。
研究人員表示，這項(xiàng)工作無(wú)論對(duì)于傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池還是基于納米線或納米微粒的新興太陽(yáng)能電池都具有巨大影響，因?yàn)槠涫状巫C明了借助納米結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體也能制成性能良好的太陽(yáng)能電池。下一步他們還將致力將這一成果轉(zhuǎn)化到工業(yè)實(shí)踐之中，并力圖使電池的轉(zhuǎn)化效率超過(guò)20%，之后再在更輕薄的太陽(yáng)能電池上進(jìn)行相關(guān)納米技術(shù)的拓展應(yīng)用。
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韓國(guó)推出充電速度比普通電池快120倍的新型鋰電池
一群韓國(guó)科學(xué)家在蔚山現(xiàn)代科技研究所已經(jīng)研發(fā)出了一種快速充電鋰電池，比普通電池充電速度快30到120倍，這個(gè)團(tuán)隊(duì)相信他們可以最終可以推出少于一分鐘能充滿(mǎn)電動(dòng)汽車(chē)的新型電池。
開(kāi)發(fā)這種電池的關(guān)鍵問(wèn)題是當(dāng)它們的物理儲(chǔ)電量增加（電池體積）的時(shí)候，充電的時(shí)間也會(huì)相應(yīng)增加。你給電池充電，電來(lái)自外部世界，但你可以避免這個(gè)通過(guò)把大坨的電池分裂成更小的個(gè)體單位。
而韓國(guó)團(tuán)隊(duì)的方法是采用陰極材料——標(biāo)準(zhǔn)鋰錳氧化物（LMO），把它浸泡在石墨里面。然后通過(guò)碳化石墨里的LMO，石墨變成一個(gè)可以導(dǎo)電的密集網(wǎng)絡(luò)，運(yùn)行著整個(gè)陰極，然后這個(gè)陰極就像往常一樣被包裝起來(lái)，通過(guò)電解質(zhì)和石墨陽(yáng)極，成功創(chuàng)造了快速充電的鋰電池，而電池的能量密度和循環(huán)周期依然保持不變。
整個(gè)碳化石墨網(wǎng)絡(luò)就像血管一樣，允許電池的每部分同時(shí)充電，因此速度上升了30到120倍。
當(dāng)然這個(gè)鋰電池也可以用在智能手機(jī)和筆記本上，但是特殊的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)卻沒(méi)有增加電池的體積，因此用在電動(dòng)車(chē)上就更妙了。想想一分鐘就充滿(mǎn)電動(dòng)車(chē)就是件瘋狂的事，但目前這個(gè)鋰電池是便宜不了的。
每個(gè)人的日常生活中要是有一塊普通電池和快速充電電池就絕了，你可以更好地安排日常行程，而且快速充電電池用在無(wú)線鼠標(biāo)和無(wú)線鍵盤(pán)上尤為有用。
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美大學(xué)用石墨烯電極制成輸出密度提高10倍的鋰電池
國(guó)倫斯勒理工學(xué)院（RPI）宣布，在用基于石墨烯的“紙”試制鋰離子充電電池（LIB）負(fù)極時(shí)發(fā)現(xiàn)，在能量密度相當(dāng)?shù)那闆r下，輸出密度提高到了石墨電極的10倍。論文也發(fā)表在了學(xué)術(shù)雜志《ACS Nano》上。最近，將石墨烯用于蓄電池及電容器電極，獲得了高性能的發(fā)布一個(gè)接一個(gè)。
倫斯勒理工學(xué)院教授Nikhil Koratkar的研究小組，在氧化石墨烯薄片的還原上采用了照射激光或相機(jī)閃光的方法。由此，石墨烯雖得以還原，但出現(xiàn)了很多破洞和裂縫。據(jù)稱(chēng)用這樣的石墨烯制成“紙”用作LIB的負(fù)極，結(jié)果獲得了相當(dāng)于石墨電極約10倍的輸出密度。
具體而言，即使進(jìn)行充放電率約為40C的快速充放電，電極的容量密度仍穩(wěn)定在156mAh/g，輸出密度達(dá)到了10kW/kg。據(jù)Koratkar等人介紹，還能進(jìn)行100C的充放電。
論文表示該石墨烯電極能以低成本實(shí)現(xiàn)工業(yè)量產(chǎn)。Koratkar說(shuō)：“技術(shù)已經(jīng)成熟，足可供商用，將大大推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)等所要求的快速充放電型電池”。
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美研究出能實(shí)現(xiàn)高效自我充電的鋰電池
據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，美國(guó)佐治亞理工學(xué)院的研究人員開(kāi)發(fā)出了一種新的鋰離子電池，當(dāng)這種電池被壓縮或彎曲時(shí)，它可以通過(guò)一些化學(xué)變化給自己充電。
研究人員拋棄了容納電池電解質(zhì)（一種凝膠物，以化學(xué)方式存儲(chǔ)電能）的塑料容器，代之以一層壓電碳納米管（它把運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成能量），從而開(kāi)發(fā)出這種可以把運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為電能和化學(xué)能的混合動(dòng)力電池。
在通常情況下，壓電設(shè)備會(huì)把動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能，然后再通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)鋰離子電池中的充電電路，將其轉(zhuǎn)換成化學(xué)能。而這種新的混合動(dòng)力電池可以直接影響其自身內(nèi)部的離子流，因此研究人員可以完全跳過(guò)充電電路，以一種更加高效的方式來(lái)捕獲機(jī)械能。雖然這涉及到物理運(yùn)動(dòng)，但是尺寸較小，不那么礙眼的生物力學(xué)設(shè)備可以提供一個(gè)有效的方案，幫助解決移動(dòng)設(shè)備日益增長(zhǎng)的電能需求。
當(dāng)這種電池被壓縮或彎曲時(shí)，會(huì)把動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能，然后再通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)鋰離子電池中的充電電路，將其轉(zhuǎn)換成化學(xué)能，從而給自己充電。
新型鋰離子電池
