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EPFL在鈣鈦礦太陽能電池穩(wěn)定性方面取得進(jìn)展 2017年12月8日，在全光照測試條件下，將胍鹽結(jié)合到鈣鈦礦太陽能電池中，使其效率在19％下穩(wěn)定1000小時。該項(xiàng)研究由瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院（EPFL）進(jìn)行，并發(fā)表在《Nature Energy》上。 隨著硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率穩(wěn)定在25％左右，鈣鈦礦太陽能電池成為了市場下一代光伏電池的理想選擇。目前，鈣鈦礦太陽能電池的主要問題是穩(wěn)定性不夠。 ▲與現(xiàn)有的MAPbI3相比，新型MA（1-x）GuaxPbI3鈣鈦礦材料在連續(xù)光照下的穩(wěn)定性測試 鈣鈦礦領(lǐng)域面臨的主要挑戰(zhàn)不是效率高而是穩(wěn)定。與硅電池不同，鈣鈦礦是柔軟的結(jié)晶材料，并且隨著時間的推移而分解導(dǎo)致容易出現(xiàn)問題。這使得在商業(yè)環(huán)境中，鈣鈦礦比傳統(tǒng)硅電池價格更高。 對此，雖然科學(xué)家進(jìn)行了大量的研究，但是迄今為止，還沒有發(fā)現(xiàn)能夠同時提高效率和穩(wěn)定性的方法。現(xiàn)在，EPFL的研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)合科羅拉多大學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，通過將大的有機(jī)陽離子胍鹽（CH6N3+）引入甲基碘化鉛鈣鈦礦，可以提高鈣鈦礦的穩(wěn)定性，是目前最具前景的替代品之一。 研究表明，胍陽離子插入到鈣鈦礦的晶體結(jié)構(gòu)中，增強(qiáng)了材料整體的熱穩(wěn)定性和環(huán)境穩(wěn)定性，克服了本領(lǐng)域已知的“Goldschmidt容忍因子限制”。這是一個鈣鈦礦晶體的穩(wěn)定性指標(biāo)，描述了特定離子與其相容的程度。理想的Goldschmidt公差系數(shù)應(yīng)小于或等于1，而胍僅有1.03。 研究發(fā)現(xiàn)，胍的添加顯著改善了鈣鈦礦材料的穩(wěn)定性，同時平均光電轉(zhuǎn)換效率超過19％（19.2±0.4％），并且在持續(xù)光照下可穩(wěn)定工作1000小時。經(jīng)過科學(xué)家估計(jì)，這相當(dāng)于1333天（或3.7年）的實(shí)際使用情況。 Mohammad Khaja Nazeeruddin教授說：“這是鈣鈦礦領(lǐng)域的一個基本步驟。這為鈣鈦礦設(shè)計(jì)提供了一個新的范例，因?yàn)樵陉栯x子混合物之外，超出容忍因子極限的進(jìn)一步探索可以占主導(dǎo)地位，同時通過增加無機(jī)框架內(nèi)的氫鍵數(shù)量來保持3D結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，這個問題現(xiàn)在我們很快就會解決?！?/p> 美國萊斯大學(xué)研究人員利用瀝青基過濾器和水進(jìn)行碳捕獲 近期，美國萊斯大學(xué)（Rice University）通過官網(wǎng)發(fā)布消息稱，萊斯大學(xué)的研究人員已經(jīng)找到了一種方法來使他們的瀝青基吸附劑更好地捕獲氣井中的二氧化碳：只需加水即可。 萊斯大學(xué)James Tour實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)，用水處理廉價的瀝青基吸附劑，使得該材料在溫室氣體中的吸附量是其重量的兩倍以上。經(jīng)處理的瀝青基吸附劑對二氧化碳和有價值的甲烷的選擇性吸收比例達(dá)到200:1。該材料在環(huán)境溫度和井口壓力下表現(xiàn)良好。當(dāng)壓力降低時，可將吸附的二氧化碳釋放出來，然后通過儲存，出售用于其他工業(yè)用途，或通過泵送回井下。這項(xiàng)研究成果刊發(fā)在本月的“Nature Energy”。 天然氣井口通常含有3-7%的二氧化碳，但是在一些地方可能含有高達(dá)70%的二氧化碳。石油和天然氣生產(chǎn)商傳統(tǒng)上采用兩種策略之一來捕獲二氧化碳： 方法一是使用膜或固體吸附劑如沸石或多孔碳來進(jìn)行吸附（物理法）； 方法二是通過用氨的衍生物液態(tài)胺進(jìn)行化學(xué)過濾（化學(xué)法）。 但是這兩種方法都有缺點(diǎn)。物理法很難區(qū)分二氧化碳和甲烷分子，它們在尺寸和極化性上相差甚微。化學(xué)法具有更好的選擇性，但也更昂貴和更具腐蝕性，需要消耗大量的能量和使用大型設(shè)備。Tour表示，盡管胺選擇性很高，但捕獲的二氧化碳只占13%，還需要過熱蒸汽來回收過濾系統(tǒng)，而萊斯大學(xué)團(tuán)隊(duì)的開發(fā)的新系統(tǒng)可捕獲重量超過200%的二氧化碳，且不需要熱源。 這種新的瀝青基吸附劑具有胺的選擇性，更高的二氧化碳吸收率和不需要熱量等特點(diǎn)。用水涂覆孔表面增加了弱化學(xué)吸收和高選擇性，同時保持了物質(zhì)的強(qiáng)物理吸附。Tour說：“這就是所謂的變壓吸附系統(tǒng)，由于其體積小，易于實(shí)施，而且不需要加熱，因?yàn)樗梢岳脷饩墓逃袎毫眚?qū)動工作?！?/span> 研究人員在不同的壓力和溫度之間進(jìn)行了多個測試循環(huán)，材料的降解損失據(jù)報道可以忽略不計(jì)。研究人員發(fā)現(xiàn)，在循環(huán)過程中，大約損失了1%的水，但是天然氣本身的含水量可能會補(bǔ)充進(jìn)來而不影響其綜合性能。 獨(dú)立油氣勘探和開發(fā)公司阿帕奇（Apache Corp.）支持了這項(xiàng)研究。 美國桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室在鋰電池領(lǐng)域取得突破 美國桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室（Sandia）官網(wǎng)近日公布消息稱，研究人員發(fā)現(xiàn)在小型電子產(chǎn)品中提高固態(tài)鋰離子電池性能的主要障礙是鋰離子在電池界面上的流動。 桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室為期三年的定向研發(fā)項(xiàng)目，研究了固態(tài)電池納米科學(xué)，重點(diǎn)放在電極和電解質(zhì)接觸區(qū)域。大多數(shù)商用鋰離子電池由液體電解質(zhì)和兩個固體電極組成；而固態(tài)電池具有固體電解質(zhì)，使其可以持續(xù)更長時間，并且操作也更安全。 ▲研發(fā)人員 研發(fā)人員表示對任何鋰電池而言，在充放電過程中，鋰離子必須從一個電極到另一個電極來回移動。然而，鋰離子在所有材料中的流動性并不相同，材料間的界面是其主要障礙。 研發(fā)人員表示桑迪亞對此項(xiàng)研究感興趣的主要原因是固態(tài)電池維護(hù)量低、可靠和安全。液態(tài)電解質(zhì)通常具有反應(yīng)性、揮發(fā)性和高度易燃性，通常是商業(yè)電池故障的主要原因。消除液體組分可以使相關(guān)裝置的性能表現(xiàn)更好。 桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室物理學(xué)家Farid El Gabaly表示：“這項(xiàng)工作的基本目標(biāo)是使固態(tài)電池更有效率，并改善不同材料間的界面。在這個項(xiàng)目中，所有的材料都是固態(tài)的，我們沒有傳統(tǒng)鋰離子電池中的液固界面?！?/span> 此項(xiàng)研發(fā)成果發(fā)表在“Nano Letters”上。 |
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