新型太阳能电池：呼吸之间 完成蓄电

2019-08-23 14:49:14    浏览数:0次

过去的太阳能电池是透过太阳能板发电，经由电线将电能储存到蓄电池中。但从太阳能板到蓄电池的转换过程中，容易散逸电能、降低转换效能。为改善这样的问题，俄亥俄州州立大学把太阳能板和充电电池结合成混合装置，让太阳能板成为电池的一部份，电能就能直接存于电池中。俄亥俄州州立大学化学与生化系武毅英教授(YiyingWu)带领的团队相信这项装置能使成本降低四分之一，改善长久存在的太阳能储存效能问题。一般的太阳能电池，只有80%的电子能从太阳能板移动到电池;有了这项新设计，光能直接在电池内部转换为电子，储存效能近乎百分之百。
藉由光和空气便可自行充电的太阳能电池：负责捕捉光能的二氧化钛柱和覆盖于上方的网状态金属，可允许空气从孔隙中流入电池。
太阳能电池在吸入空气时放电，呼出空气时充电
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太阳能电池(SolarCell)是利用太阳光直接发电的光电半导体薄片，薄片吸收光能之时，电子脱离原子核束缚而被激发成自由电子，形成电流与电压。但我们俗称的太阳能电池实际上是芯片组，并不具备储电的能力，因此需要接上蓄电池，将电能储存。
俄亥俄大学研发的新的太阳能电池则将太阳能芯片与充电电池结合。光会进入网状太阳能板中创造电子，氧气则通过网状孔洞进出电池内部。电池里的电子参与过氧化锂的化学分解时释出锂离子与氧气，其中氧气经孔洞释放到空气中，而锂离子储存在电池中、准备之后捕捉电子形成锂金属。电池放电时，化学反应则使锂金属与氧气反应，消耗氧气形成过氧化锂。
设计让电池「呼吸」的麻烦在于太阳能板通常是实心的半导体版，会阻隔空气进入电池。因此，研究团队以网状钛金属制成「渗透性网状太阳能板」，并于板上植上叶片状的二氧化钛柱。让二氧化钛柱在捕捉光的时候，同时也能让空气从孔隙中流入。
电解质新秘方+电极新构造+经得起考验的电池寿命
电极之间的电解质是负责运输电子的载具，过去的充电电池(如锂金属)使用的电解液是锂盐、常见的碱性电池的电解液则是氢氧化钾。这款新型太阳能电池采用了一种新的电解质：碘化物添加物，将其加入电极与网状太阳能板间大幅提升了电池的效率。
而相较于一般太阳能板需要用四个电极连接电池，这项新设计只需要用到三个：网状太阳能板自成第一个电极，太阳能板的下方则放置薄层孔洞状碳板(第二个电极)和锂版(第三个电极)，在电极间夹层则夹入电解质层来乘载电子传递。由于只需要三个电极，也得以减低这项新设计的制造成本。
测试电池的过程会重复为电池充放电，同时以X光光电光谱仪分析电极材料的消耗状况，研究者利用红色染料来筛选所要捕捉的光的波段，原本所使用的钌物质在八小时的充放电过程后染料消耗殆尽，于是转以锈铁镀上网洞。测试结果显示新型太阳能电池的寿命能与市面上的充电电池相抗衡。
大众过去所关注的太阳能发展，大多集中于芯片板状太阳能板的信息，使用情境几乎是被固定在屋顶或是广漠平地上，需要有庞大的蓄电池组储存电力，才能发挥效能。会呼吸的太阳能电池，巧妙的将太阳能板与充电电池结合，使太阳能电池能摆脱繁琐的线路与较为笨重的蓄电池，整合成自成系统的太阳能充电电池，使太阳能电池更为轻便，应用面向也更加贴近我们的生活。挖掘各种多元的新型太阳能电池可打开我们对于太阳能的想象局限：太阳能可以更「行动化」、应用可以更贴近日常生活。