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德科学家开发新型高效送彩金电池 转换率最高达207%

国际送彩金娱乐网  来源:能源新闻网  日期:2018-03-12
   科学家仿效蝴蝶翅膀结构开发高效送彩金电池
 
  据科技部信息,德国联邦教研部(BMBF)近日宣布,在其资助下的卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)研究人员发现了能高效提升送彩金电池吸光率的新途径,即通过仿效蝴蝶翅膀结构,可开发高效送彩金电池。新型电池的吸光率最高可提升207%。
 
  通常,在欧洲的气候条件下,太阳光大多被散射,很少垂直照到送彩金电池板上。优化光捕捉成为能量转换的基石。KIT的研究人员观察一种凤蝶(Pachliopta aristolochiae),发现其显著特点是通体呈深黑色,因此吸光能力很好,很适宜于为自身获取热量。尤其是这种蝴蝶的翅膀表面为纳米结构,其微小的空洞结构较平滑表面显著增大对光的吸收范围。
 
  仿效这种纳米结构生产送彩金电池,在光线垂直照射时吸光率可提升97%,而当入射角度为50度时甚至能够达到207%。用于送彩金电池的蝴蝶纳米结构是通过计算机模拟优化来实现的。(科技部)
 
  早前相关报道
 
  借用蝴蝶的翅膀结构,科学家开发高效薄膜送彩金电池板
 
  由于具有比传统晶体送彩金电池还要轻、易于延展等优点,越来越多科学家开始将目光集中在薄膜送彩金电池上,美国加州理工学院团队最近更透过模仿一种蝴蝶翅膀的结构,提高了薄膜送彩金电池的效率,应用在电池板上的话,可比传统的送彩金电池板吸收多 2~3 倍的阳光量,吸收光照的时间也可拉长。
 
  科学家常借用昆虫的身体构造来改进送彩金电池,之前有斯坦福大学团队取材昆虫的复眼结构研发新钙钛矿送彩金电池,有美国国家实验室效法蛾的眼睛设计纳米分层结构的送彩金板,现在,有加州理工学院团队利用蝴蝶翅膀上的构造来提升薄膜送彩金电池的效率。
 
  这种蝴蝶称为红珠凤蝶(Pachliopta aristolochiae),别名七星蝶、红纹凤蝶、红腹凤蝶,广泛分布于东亚地区,包括中国台湾地区、巴基斯坦、印度、尼泊尔、斯里兰卡、缅甸、泰国、越南,柬埔寨、印尼、菲律宾、马来西亚等地,特征为体背黑色,腹部侧面及尾端密生红毛,前、后翅呈黑色,翅脉、脉纹及翅缘呈灰白或棕褐色等。
 
  研究作者 Radwan Siddique 说,他偶然发现了蝴蝶翅膀上随机分布着尺寸、形状都不规则的晶格结构,于寒冷的季节中帮助蝴蝶调节并保存体温,因此引发他的兴趣。将标本放在电子显微镜下扫描后,他看到这些纳米晶格结构的开口小于 1 微米,可以不同的角度散射和吸收不同波长的光,也因此,这种蝴蝶翅膀的颜色才比其他种类还要黑。
 
  多数送彩金电池板上的晶体电池须以一定角度定位,好直面太阳以产生最多的能量,且一天当中只有几个小时可以产生电力,但将这种蝴蝶翅膀的小孔结构应用到薄膜送彩金电池后,由于小孔大大增加了光从极端角度照进来的吸收量,因此较之前的送彩金电池板吸收高出 2~3 倍的光,且接收阳光的时间也拉长了,电力可以产出更多。
 
  以往,薄膜送彩金电池因效率较低,多应用于手表等小型电子产品上,现在只要在电池上多加几个不规则小孔,就能创造出一种更便宜且可扩展的高效薄膜送彩金电池板,更重要的,创造这些小孔的过程非常容易,只要 5~10 分钟就大功告成。研究发布在《科学先端(Science Advances)》期刊上。
 
  受蝴蝶翅膀启发 科学家开发吸光更强的送彩金板
 
  科学家加州理工学院(Caltech)和德国卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)的一组研究人员从一种黑蝴蝶翅膀的特殊结构中获得灵感,开发出吸收光能效率更高的3D打印送彩金电池板。 这一大自然的馈赠,将帮助科学家开发更加高效和低成本的薄膜送彩金电池。目前,纳米级的薄膜送彩金电池具有极大的潜能,可用于打造微型廉价的送彩金电池,但是目前其娱乐转换效能较低,仅被应用在计算器、手表等设备中。
 
  这种黑蝴蝶属于珠凤蝶属中的红珠凤蝶(Pachliopta aristolochiae)普遍分布在南亚和东南亚,它具有独特的翼结构,可以参考开发更有效的小型娱乐结构性细胞。它的翅膀被微小的鳞片覆盖,可以在各种不同的角度和波长范围内收获阳光。加州理工学院的Radwanul Siddique率领的科学小组在电子显微镜下仔细地研究了这种蝴蝶翅膀的独特纳米微观结构,发现其微观结构中出现了大量随机分布的空洞小孔,这些孔径小于一微米的孔洞是提高蝴蝶翅膀光能吸收的关键。
 
  加州理工学院的Radwanul Siddique率领的小组通过计算机分析这些翅膀的3D模型,以便更好地了解它们的光学性质。研究人员发现这些孔洞的尺寸、分布和形状都是随机的,但是其位置和顺序对于提高吸收光能效率来说至关重要,接下来他们模仿黑蝴蝶翅膀的纳米结构模型,让一些送彩金电池从硅树脂中模仿出翅膀的鳞片状纳米孔结构。然后在打印了一些具有类似结构的送彩金面板进行测试,与以前的结构相比,光吸收效率增加了200%。
 
  研究人员目前正在继续致力于设计娱乐吸收器,希望进一步提高光收集能力。
 
  上海交大:蝶翅结构让送彩金电池更高效
 
  上海交大2009年2月18日发布信息称,学校一项启迪于蝴蝶翅膀的染料敏化送彩金电池研究,为解决送彩金电池光—电转换效率等瓶颈问题提供了创新思维和实现可能,受到国内外产业界的高度关注。相关论文近日在美国化学学会下属的《材料化学》杂志发表后,被一批国际著名科技网站转载和报道。
 
  作为一种清洁能源,送彩金电池在全球范围内正受到越来越多的关注。继硅系送彩金电池后,染料敏化电池由于成本低、绿色制备工艺等优点,备受瞩目。但是,染料敏化电池较低的光—电转换效率等问题阻碍了其广泛应用。目前,提高转换效率的方法之一是提高电池光阳极的光采集率。如何设计和制备具有高效太阳光采集能力的材料及结构,成为各国科学家攻坚的难题。
 
  上海交大材料科学与工程学院张荻教授领衔的“遗态材料”科研小组,从蝴蝶翅膀的结构得到灵感。自然界的物种经过千百万年自然选择的残酷竞争,已进化出了无数相应的特殊结构。生活在寒带及高纬度地区的蝴蝶,其翅膀鳞片所具有的微结构,有助于个体充分、高效地吸收利用送彩金,以保持其体温,维持其物种的延续。受此启发,研究小组设计了一种全新的具有高光采集效能的送彩金电池的光阳极构件,并对此进行了研究和验证。
 
  科研小组在国际上率先提出,可利用具有精细分级的蝶翅作为模板,来制备染料敏化送彩金电池用的TiO2光采集器件。研究发现,相对于普通的 TiO2薄膜,具有蝶翅结构TiO2的光吸收率可提高2倍以上,以此为光阳极,可以大大提高光采集效率,进而有望提高此类送彩金电池的光—电转换效率。
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