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取向碳纳米管纤维:让太阳能电池随时随地发电的梦想成真

来源:网络 作者: 时间:2020-10-17

  据悉,复旦大学先进材料实验室、高分子科学系彭慧胜教授课题组最近成功研制出一种新型能源器件——取向碳纳米管纤维,使研发完全纤维状的“能源系统迈出了关键的一步”。基于这一技术制造的新型纤维电池,使人类随时随地、高效使用太阳能这种清洁能源的梦想有望成为现实。

  彭慧胜教授的团队新研制出的这种新型、柔性的纤维状能源集成器件,可以制成一根根像头发丝一样细的纤维状,其直径只有60-100微米(1毫米=1000微米)。纤维状,意味着可以把它们像普通化学纤维一样编织成衣服、裤子等纺织品,这样这些衣裤,整体就成了一块大太阳能电池,并实现自身“发电”。

  神奇的是,与现有的太阳能电池不同,彭教授的研制的这种新型太阳能纤维电池,还实现了在将太阳光转换成电能的同时,把这些能量储存起来,而不需要外接其他蓄电池或设备。这样即使在没有日光、又对光电需求量更大的夜间,人们也可以随心所欲地使用太阳光能源。

  据悉,在一根纤维上实现既发电又储能是彭慧胜教授课题组最为重要的原创性突破之一,相关研究成果已被最新一期的国际化学原创性研究领域权威期刊《应用化学》作为封面文章发表。而负责期刊审稿的专家们一致认为,彭慧胜课题组用一个“非常简单和低成本的方法”,在世界范围内“首次在一根纤维上同时实现光电转换和储能”,这大大提高了太阳能的利用效率,“对于全纤维状能源系统迈出了关键一步”。

  碳纳米管纤维,直径与头发丝相当,长度可达数百米,最大的特点是很轻、很强。它的比强度和比刚度要比目前大规模使用的工程纤维材料——如尼龙钢丝、杜邦公司的科夫拉纤维材料(kevlar)——强数倍之多。碳纳米管纤维已经在防弹衣、航空航天、医疗和体育器械等广泛领域显示重要应用前景。

  而将碳纳米纤维制成太阳能电池的过程基本无污染,效率高,成本低,制作工艺相对来说也较简单,具有大量稳定生产的可能性。一般来说,制造纤维状的太阳能电池只要经过“纺丝”——让碳纳米管材料生长出来,如棉花纺丝一般地连续制备,“镀膜”——将碳纳米管纤维经过特殊的溶液,从而在纤维外部镀一层光合性材料这两个主要工序。

  据悉,使用碳纳米材料制造纤维状的新型能源器件,突破制造理念与技术的难题是彭慧胜教授课题组近年来一直重点研究领域的应用性成果。而他们所从事的碳纳米管及聚合物复合材料在能源领域的应用研究是目前国际材料学界的一个前沿热点。

  而除了将取向碳纳米管纤维成功应用于制造太阳能电池外,不久前,彭教授课题组还成功地以这一纤维材料作为电极,研制了出新型线状微型的超级电容器和锂离子电池,其成果也被国际材料领域权威期刊《先进材料》(AdvancedMaterials,影响因子13.9)以封面文章的形式发表。


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