國際新能源快訊

1、繪制”太陽能電池的新工藝

【美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)站10月4日撰文】David Moore采用的是我們每個(gè)人都能夠在商店里買到的、成本不足一塊錢的畫筆。他戴著紫色手套，穩(wěn)穩(wěn)地將黃色液體涂在一塊特制的玻璃上，大小與半美元硬幣相當(dāng)。就這樣，鈣鈦礦太陽能電池誕生了。

據(jù)美國能源部國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)資深科學(xué)家Joseph Berry稱，沒有其他技術(shù)可以做到這一點(diǎn)。Berry是實(shí)驗(yàn)室鈣鈦礦和混合太陽能電池團(tuán)隊(duì)的領(lǐng)導(dǎo)者，他查看了連接在Moore新的太陽能電池上的電壓表，發(fā)現(xiàn)有電流通過。他再次強(qiáng)調(diào)說：“絕無可以與之媲美的技術(shù)。”

Moore是NRREL的一名研究員，正在研究用于鈣鈦礦油墨研發(fā)的快干溶劑，這是鈣鈦礦技術(shù)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的捷徑。這項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)可以取代在實(shí)驗(yàn)室中制造鈣鈦礦太陽能電池的最常用方法：將一些必要的化學(xué)物質(zhì)沉積到玻璃基板上，然后旋轉(zhuǎn)使液體覆蓋在上面，隨后在熱板上加熱，等待幾分鐘直到變干為止。

太陽能行業(yè)中的主導(dǎo)技術(shù)——硅，需要將化學(xué)物質(zhì)加熱到熔點(diǎn)，而且這僅是該過程的開始。然而，由鈣鈦礦（指材料的晶體結(jié)構(gòu)）制成的太陽能電池有望實(shí)現(xiàn)低成本高效率的目標(biāo)。

但是在實(shí)驗(yàn)室中運(yùn)行良好并不意味著能夠輕易實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。普通鈣鈦礦工藝中的旋轉(zhuǎn)過程會甩掉大部分液體，因此需要進(jìn)一步改良。因此，NREL的研究人員轉(zhuǎn)而提出了卷對卷處理工藝。報(bào)紙可以通過大規(guī)模印刷工藝在一天內(nèi)快速印刷數(shù)十萬份，同理鈣鈦礦印刷也可以應(yīng)用于柔性玻璃。然而，要完成這一壯舉，需要配方正確的墨水。

1月中旬，Moore在能源部副部長Mark Menezes訪問NREL期間將他的畫筆交給了他。摩爾回憶說：“我們確實(shí)在做科學(xué)實(shí)驗(yàn)，而非示范。我們當(dāng)時(shí)根本不知道結(jié)果會是什么樣的。”

Menezes確實(shí)復(fù)制了Moore的成功，他的太陽能電池能夠生產(chǎn)大約100毫伏的電能。從那以后，生產(chǎn)過程的改進(jìn)使這個(gè)數(shù)字達(dá)到了650毫伏，這是能源部長 Rick Perry在八月中旬參觀國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室期間，有機(jī)會親自嘗試?yán)L制鈣鈦礦太陽能電池時(shí)所獲得的電量。

2、新型瑪士撒拉分子液流電池

【光譜網(wǎng)站7月23日撰文】哈佛大學(xué)的科學(xué)家稱，使用所謂瑪士撒拉分子的新液體電池可以為電網(wǎng)提供持久且負(fù)擔(dān)得起的可再生能源儲存技術(shù)。

太陽能和風(fēng)能是清潔能源，但它們提供電能時(shí)具有間歇性。因此，公用事業(yè)單位需要大量的可充電電池場，用于存儲從這些可再生能源中獲得的剩余能量，以便在太陽不發(fā)光且風(fēng)不吹的情況下使用。

其中一種可能的解決方案就是使用液體儲存和釋放能量的液流電池。這些裝置用一組液體電解質(zhì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)電池的兩個(gè)固體電極。這些液體被放置于在單獨(dú)的罐中，隨后流入電池組，進(jìn)而液體之間會在多孔膜周圍發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，給電池充電或放電。

釩基液流電池的商業(yè)化發(fā)展時(shí)間最長，但該元件的高成本和稀缺性使其廣泛采用的潛力有限。因此，研究人員正在研究成本更低的有機(jī)分子液流電池。

迄今為止生產(chǎn)的有機(jī)液流電池的缺點(diǎn)是，它們的有機(jī)分子快速分解的傾向。這種短暫的壽命使它們在很大程度上不適合商業(yè)化。

哈佛大學(xué)的研究小組在7月23日的《Joule》期刊上詳細(xì)介紹了其研究結(jié)果。該小組從醌類有機(jī)分子2,6-DHAQ開始研究。醌是豐富的、天然存在的化合物，也是光合作用和呼吸作用等生物過程的關(guān)鍵。在100次放電和充電循環(huán)過程后，他們用2,6-DHAQ制造的液流電池僅損失了10%的容量。

該研究的共同作者、哈佛化學(xué)家Roy Gordon說：“科學(xué)家隨后對這種醌類進(jìn)行了性質(zhì)的改變，目的是使它免受不必要的分解反應(yīng)”。用這種名為2,6-DBEAQ的新分子制成的液流電池，每個(gè)循環(huán)的容量損失不到0.001%。他們根據(jù)圣經(jīng)中最長壽的人物，將2,6-DBEAQ分子形象地命名為瑪士撒拉分子。

研究人員還發(fā)現(xiàn)，使用2,6-DBEAQ制造的液流電池每天的容量損失不到0.01%，而且在一年內(nèi)不到3%。這將使數(shù)萬次循環(huán)的有效運(yùn)行成為可能。

科學(xué)家們之前演示過有機(jī)液流電池壽命相對較長但電壓較低。相比之下，新電池的電壓超過1伏，研究人員稱這一電壓通常被認(rèn)為是液流電池商業(yè)化的門檻。

Gordon說：“未來的研究將探討什么化學(xué)反應(yīng)會導(dǎo)致液流電池中的有機(jī)分子褪色，科學(xué)家們便可以重新設(shè)計(jì)我們的化學(xué)物質(zhì)以避免這些反應(yīng)。”

此外，研究人員還可以在這些有機(jī)分子中添加化合物，使其更易溶于溶劑，從而增加液流電池可以容納的能量。

Gordon說：“我們可以考慮數(shù)百萬種有機(jī)化合物，因此我相信可以找到能制造更好電池的種類。相比之下，傳統(tǒng)的釩電池是由元素釩制成的，沒有多少研究能夠改進(jìn)釩的性能。”