新型太陽能電池克服“陽光過剩”難題
參考消息網(wǎng)10月14日報(bào)道 據(jù)美國《大眾機(jī)械》月刊網(wǎng)站10月9日報(bào)道，這聽起來有點(diǎn)違背直覺，但對于太陽能電池板來說，確實(shí)存在陽光過剩的問題。據(jù)世界經(jīng)濟(jì)論壇稱，當(dāng)天氣太熱時(shí)(比如在熱浪期間)，太陽能電池板的輸出功率會(huì)下降10%到25%。
這一問題由來已久，或許阻礙了更多人采用太陽能電池板。太陽能電池板在20世紀(jì)70年代成為美國人可采用的一種能源。隨著全球能源需求持續(xù)上升，世界大部分地區(qū)都開始放棄化石燃料，效率已成為可持續(xù)能源生產(chǎn)的一個(gè)至關(guān)重要因素。而由于氣候變化，熱浪變得越來越普遍。
如今，英國的科學(xué)家們或許找到了一種解決方法，可以利用多余的熱能，將之轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，然后提供電力。
太陽能電池板陣列中的每塊傳統(tǒng)光伏電池都有一個(gè)硅半導(dǎo)體層，專門用于吸收太陽的光子或光粒子，并將其轉(zhuǎn)化為電能。光子將能量傳遞給半導(dǎo)體材料中的電子，使它們移動(dòng)。這種運(yùn)動(dòng)在電池內(nèi)產(chǎn)生電流。
太陽能電池板的典型工作溫度范圍在15攝氏度到35攝氏度之間，但由于其優(yōu)越的吸熱性能，它們吸收的熱量會(huì)過多。即使室外溫度只有29攝氏度，電池板的溫度也高達(dá)65攝氏度。這時(shí)，每塊光伏電池電路中的電子開始四處反彈。由于這種不穩(wěn)定性，電壓下降，降低了效率。
這項(xiàng)新研究超越了光伏電池，而是依靠硅基光電化學(xué)(PEC)流動(dòng)電池。它們還配備效率隨溫度升高而上升的存儲(chǔ)系統(tǒng)。這一研究成果發(fā)表于8月份出版的美國《化學(xué)物理雜志》。
該系統(tǒng)與傳統(tǒng)的太陽能電池板技術(shù)類似，但具有一個(gè)關(guān)鍵區(qū)別：電池表面會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，驅(qū)動(dòng)電力傳輸。來自英國拉夫伯勒大學(xué)的研究論文合著者裴道元博士在一封電子郵件中說：“根據(jù)電解質(zhì)(儲(chǔ)存和攜帶電荷)中化學(xué)物質(zhì)的類型，我們可以將電能轉(zhuǎn)化為其他化學(xué)物質(zhì)，或以化學(xué)能的形式儲(chǔ)存在電解質(zhì)中。”
PEC流動(dòng)電池主要有兩個(gè)操作步驟。首先，光電探測器吸收光產(chǎn)生電能。然后，這導(dǎo)致在PEC電池本身和電解質(zhì)之間的界面產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。
“我們在最近的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，一定量的熱量可以促進(jìn)化學(xué)轉(zhuǎn)化反應(yīng)，補(bǔ)償電壓損失，”裴在電子郵件中說，“簡言之，就是有一個(gè)溫度范圍，熱量可被有效利用，且不會(huì)導(dǎo)致電池過熱。”
這種增加的能量轉(zhuǎn)換的最佳溫度是在45攝氏度左右。超過這一閾值，氣溫上升也會(huì)導(dǎo)致PEC電池的有效性降低。雖然該閾值可根據(jù)所使用材料變化，但裴說，隨著溫度升高，更多物質(zhì)會(huì)附著在電池表面，到一定程度之后，就過剩了。
盡管與傳統(tǒng)太陽能電池板技術(shù)相比，PEC流動(dòng)電池有望吸收更多陽光，但它們必須克服一個(gè)致命弱點(diǎn)：即需要支付裴所說的“通行費(fèi)”來啟動(dòng)必要的化學(xué)反應(yīng)。這種“過電位”降低了電池的整體效率。與普通的太陽能電池板相比，這種電池也特別容易受到腐蝕。
標(biāo)準(zhǔn)光伏電池或許依舊是綠色能源革命的基礎(chǔ)引擎，但裴仍相信PEC流動(dòng)電池的好處不勝枚舉。在需要獨(dú)立于主電網(wǎng)的情況下，它們會(huì)非常實(shí)用，因?yàn)槠溆绕渖瞄L儲(chǔ)存能量。同時(shí)它們也更簡單，因?yàn)闊o需布線，也無需任何其他類型的傳統(tǒng)電連接。事實(shí)上，一些研究人員將PEC電池稱為“人造葉子”。
由于目前的效率和腐蝕問題，裴對使用PEC技術(shù)生產(chǎn)氫氣或減少二氧化碳排放持懷疑態(tài)度。不過，他指出，依靠氧化還原化學(xué)反應(yīng)來發(fā)電的氧化還原電池或許是PEC電池的更好選擇。
他說：“與其他化學(xué)轉(zhuǎn)化過程不同，氧化還原電池需要低過電位，且不需要任何氣體或產(chǎn)品過濾過程。”
他表示，在不久的將來，這些創(chuàng)造性解決方案將是必不可少的。
作者：編譯/文怡 來源：參考消息網(wǎng) 責(zé)任編輯：jianping
這一問題由來已久，或許阻礙了更多人采用太陽能電池板。太陽能電池板在20世紀(jì)70年代成為美國人可采用的一種能源。隨著全球能源需求持續(xù)上升，世界大部分地區(qū)都開始放棄化石燃料，效率已成為可持續(xù)能源生產(chǎn)的一個(gè)至關(guān)重要因素。而由于氣候變化，熱浪變得越來越普遍。
如今，英國的科學(xué)家們或許找到了一種解決方法，可以利用多余的熱能，將之轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，然后提供電力。
太陽能電池板陣列中的每塊傳統(tǒng)光伏電池都有一個(gè)硅半導(dǎo)體層，專門用于吸收太陽的光子或光粒子，并將其轉(zhuǎn)化為電能。光子將能量傳遞給半導(dǎo)體材料中的電子，使它們移動(dòng)。這種運(yùn)動(dòng)在電池內(nèi)產(chǎn)生電流。
太陽能電池板的典型工作溫度范圍在15攝氏度到35攝氏度之間，但由于其優(yōu)越的吸熱性能，它們吸收的熱量會(huì)過多。即使室外溫度只有29攝氏度，電池板的溫度也高達(dá)65攝氏度。這時(shí)，每塊光伏電池電路中的電子開始四處反彈。由于這種不穩(wěn)定性，電壓下降，降低了效率。
這項(xiàng)新研究超越了光伏電池，而是依靠硅基光電化學(xué)(PEC)流動(dòng)電池。它們還配備效率隨溫度升高而上升的存儲(chǔ)系統(tǒng)。這一研究成果發(fā)表于8月份出版的美國《化學(xué)物理雜志》。
該系統(tǒng)與傳統(tǒng)的太陽能電池板技術(shù)類似，但具有一個(gè)關(guān)鍵區(qū)別：電池表面會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，驅(qū)動(dòng)電力傳輸。來自英國拉夫伯勒大學(xué)的研究論文合著者裴道元博士在一封電子郵件中說：“根據(jù)電解質(zhì)(儲(chǔ)存和攜帶電荷)中化學(xué)物質(zhì)的類型，我們可以將電能轉(zhuǎn)化為其他化學(xué)物質(zhì)，或以化學(xué)能的形式儲(chǔ)存在電解質(zhì)中。”
PEC流動(dòng)電池主要有兩個(gè)操作步驟。首先，光電探測器吸收光產(chǎn)生電能。然后，這導(dǎo)致在PEC電池本身和電解質(zhì)之間的界面產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。
“我們在最近的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，一定量的熱量可以促進(jìn)化學(xué)轉(zhuǎn)化反應(yīng)，補(bǔ)償電壓損失，”裴在電子郵件中說，“簡言之，就是有一個(gè)溫度范圍，熱量可被有效利用，且不會(huì)導(dǎo)致電池過熱。”
這種增加的能量轉(zhuǎn)換的最佳溫度是在45攝氏度左右。超過這一閾值，氣溫上升也會(huì)導(dǎo)致PEC電池的有效性降低。雖然該閾值可根據(jù)所使用材料變化，但裴說，隨著溫度升高，更多物質(zhì)會(huì)附著在電池表面，到一定程度之后，就過剩了。
盡管與傳統(tǒng)太陽能電池板技術(shù)相比，PEC流動(dòng)電池有望吸收更多陽光，但它們必須克服一個(gè)致命弱點(diǎn)：即需要支付裴所說的“通行費(fèi)”來啟動(dòng)必要的化學(xué)反應(yīng)。這種“過電位”降低了電池的整體效率。與普通的太陽能電池板相比，這種電池也特別容易受到腐蝕。
標(biāo)準(zhǔn)光伏電池或許依舊是綠色能源革命的基礎(chǔ)引擎，但裴仍相信PEC流動(dòng)電池的好處不勝枚舉。在需要獨(dú)立于主電網(wǎng)的情況下，它們會(huì)非常實(shí)用，因?yàn)槠溆绕渖瞄L儲(chǔ)存能量。同時(shí)它們也更簡單，因?yàn)闊o需布線，也無需任何其他類型的傳統(tǒng)電連接。事實(shí)上，一些研究人員將PEC電池稱為“人造葉子”。
由于目前的效率和腐蝕問題，裴對使用PEC技術(shù)生產(chǎn)氫氣或減少二氧化碳排放持懷疑態(tài)度。不過，他指出，依靠氧化還原化學(xué)反應(yīng)來發(fā)電的氧化還原電池或許是PEC電池的更好選擇。
他說：“與其他化學(xué)轉(zhuǎn)化過程不同，氧化還原電池需要低過電位，且不需要任何氣體或產(chǎn)品過濾過程。”
他表示，在不久的將來，這些創(chuàng)造性解決方案將是必不可少的。
作者：編譯/文怡 來源：參考消息網(wǎng) 責(zé)任編輯：jianping
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