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电池包括一个存储自己电力的太阳能电池

导读 它是太阳能电池吗?还是可充电电池?实际上,俄亥俄州立大学发明的正在申请专利的设备是:世界上第一个太阳能电池。在2014年10月3日出版

它是太阳能电池吗?还是可充电电池?实际上,俄亥俄州立大学发明的正在申请专利的设备是:世界上第一个太阳能电池。

在2014年10月3日出版的“ 自然通讯 ”杂志上,研究人员报告说,他们已经成功地将电池和太阳能电池组合成一个混合设备。

创新的关键是网状太阳能电池板,它允许空气进入电池,以及在太阳能电池板和电池电极之间传输电子的特殊过程。在设备内部,光和氧能够为电池充电的化学反应的不同部分。

该大学将把太阳能电池许可给工业,俄亥俄州的化学和生物化学教授Yiyi Wu说,这将有助于驯服可再生能源的成本。

“最先进的技术是使用太阳能电池板捕捉光线,然后使用便宜的电池存储能量,”吴说。“我们已将两种功能集成到一台设备中。只要你能做到这一点,就可以降低成本。”

他和他的学生认为他们的设备降低了25%的成本。

本发明还通过消除当电子必须在太阳能电池和外部电池之间行进时通常发生的电损失来解决太阳能效率中长期存在的问题。通常,只有80%的太阳能电池出现的电子成为电池。

采用这种新设计,光在电池内部转换为电子,因此可以节省近100%的电子。

该设计采用了吴先生和博士生Xiaodi Ren先前开发的电池的一些线索。他们发明了一种高效空气动力电池,通过化学反应钾与氧气进行放电。该设计在2014年赢得了能源部颁发的100,000美元清洁能源奖,研究人员组建了一个名为KAir Energy Systems,LLC的技术衍生品来开发它。

“基本上,这是一个呼吸电池,”吴说。“它在排出时呼吸空气,并在充电时呼气。”

对于这项新研究,研究人员希望将太阳能电池板与类似于KAir的电池结合起来。挑战在于太阳能电池通常由固体半导体面板制成,这会阻挡空气进入电池。

博士生Mingzhe Yu设计了一种由钛丝网制成的透气网状太阳能电池板,这是一种柔韧的织物,在其上形成了像草叶一样的二氧化钛垂直棒。当杆捕获阳光时,空气自由穿过纱布。

研究人员解释说,通常情况下,将太阳能电池连接到电池需要使用四个电极。他们的混合设计仅使用三个。

网状太阳能电池板形成第一电极。研究人员在下面放置了一块薄薄的多孔碳(第二个电极)和一个锂电池板(第三个电极)。在电极之间,它们夹着电解质层以来回传送电子。

以下是太阳能电池的工作原理:在充电过程中,光线照射网状太阳能电池板并产生电子。在电池内部,电子参与过氧化锂化学分解成锂离子和氧气。氧被释放到空气中,并且锂离子在捕获电子之后作为锂金属存储在电池中。

当电池放电时,它化学地消耗空气中的氧气以重新形成过氧化锂。

电解质中的碘化物添加剂充当携带电子的“梭子”,并在电池电极和网状太阳能电池板之间传输它们。该团队表示,添加剂的使用代表了提高电池性能和效率的独特方法。

网格属于一类称为染料敏化太阳能电池的设备,因为研究人员使用红色染料来调整其捕获的光的波长。

在测试中,他们反复充电和放电,而博士生陆马使用X射线光电子能谱来分析电极材料的存活情况 - 电池寿命的指示。

首先,他们使用钌化合物作为红色染料,但由于染料在光捕获中被消耗,因此在充电和放电8小时后电池耗尽染料 - 寿命太短。因此他们转向了一种不会被消耗的暗红色半导体:赤铁矿或氧化铁 - 通常称为锈。

用铁锈涂抹网状物使电池能够在阳光下充电,同时保持其红色。根据早期测试,吴和他的团队认为太阳能电池的寿命将与市场上已有的可充电电池相当。

能源部资助这个项目,随着研究人员探索利用新材料提高太阳能电池性能的方法,该项目将继续进行。