Pojazdy elektryczne zasilane energią słoneczną są bardziej możliwe niż kiedykolwiek dzięki TMD i grafenowi

Opublikowane ponownie przez Plato

Obserwuje: 0

Pomysł pojazdów elektrycznych zasilanych przez pokładowe panele słoneczne nabiera rozpędu, ale napotyka wiele przeszkód. Aby pomysł się trzymał, potrzeba odpowiedniej kombinacji wydajności, trwałości, elastyczności, wagi i kosztów. To może być w kartach. Zespół naukowców zajmujących się fotowoltaiką z Uniwersytetu Stanforda opracował nową formułę, która może urzeczywistnić marzenie o pokładowej energii słonecznej dla pojazdów elektrycznych.

Nadchodzi nowy cudowny materiał słoneczny

Strony z CleanTechnica są wypełnione obiecującymi nowymi materiałami słonecznymi, takimi jak Dwuwymiarowa postać węgla znany jako grafenu. Sporządzanie listy jest również perowskit, klasa syntetycznych materiałów krystalicznych z wyjątkowe właściwości optyczne.

Inna klasa materiałów tzw dichalkogenki metali przejściowych pojawiły się około 2010 roku. Najpierw zanurzyli palec u nogi CleanTechnica radar w 2013 roku. W 2014 roku pojawiły się ponownie, w związku z diselenek molibdenu. Kolejna obserwacja pojawiła się w 2019 roku w ramach projektu polegającego na pozyskiwaniu energii słonecznej urządzenie „bionicznego liścia”.. Na tym się skończyło, więc mamy trochę do nadrobienia.

Jak zauważyli autorzy badania dichalkogenków metali przejściowych z 2015 r. opublikowanego w czasopiśmie Konwergencja nano, TMD „wykazują unikalne właściwości elektryczne, optyczne i mechaniczne".

„Warstwowe nanostruktury 2D o grubości w skali atomowej mogą wykazywać szczególne i fascynujące właściwości w przeciwieństwie do ich masowych związków macierzystych. Zarówno wyniki eksperymentalne, jak i teoretyczne wykazały, że półprzewodniki 2D mają wyjątkowe właściwości, które mogą zaowocować nowatorskimi i ważnymi przełomami w dziedzinie nanomateriałów i nanourządzeń” – dodają autorzy.

W szczególności TMD łączą metal przejściowy z siarką, selenem lub tellurem. Dla tych z was, którzy liczą w domu, ostatnie trzy pierwiastki należą do grupy chalkogenów w układzie okresowym, a metal przejściowy odnosi się do środkowego bloku układu okresowego.

Ostatecznie TMD dla nowego super-materiału słonecznego do pojazdów elektrycznych

To prowadzi nas do nowe badanie Stanford TMD. Jak wskazuje ich dwuwymiarowy charakter, TMD o wysokiej wydajności konwersji energii słonecznej mogą spełnić część formuły pojazdów elektrycznych zasilanych energią słoneczną.

Komunikat prasowy Stanforda na temat nowego badania cytuje współautora badania Koosha Nassiri Nazif, doktorant ze Stanford w dziedzinie elektrotechniki na Uniwersytecie Stanforda, który wskazuje na perspektywę pojazdu elektrycznego wyposażonego w TMD.

„Wyobraź sobie autonomicznego drona, który zasila się panelem słonecznym na szczycie skrzydła, które jest 15 razy cieńsze niż kartka papieru. To jest obietnica TMD”.

Starszy autor w badaniu Kryszna Saraswat podkreślili, że każdy materiał solarny, który ma zdetronizować krzem, musi brać pod uwagę wpływ na środowisko w całym cyklu życia.

„Krzem stanowi obecnie 95 procent rynku energii słonecznej, ale jest daleki od doskonałości. Potrzebujemy nowych materiałów, które są lekkie, podatne na zginanie i, szczerze mówiąc, bardziej przyjazne dla środowiska” – powiedział.

Jeśli chodzi o wydajność konwersji, to tam sprawy stają się lepkie.

„Chociaż TMD są bardzo obiecujące, dotychczasowe eksperymenty badawcze miały trudności z przekształceniem ponad 2 procent światła słonecznego, które pochłaniają, w energię elektryczną. W przypadku krzemowych paneli słonecznych liczba ta zbliża się do 30 procent. Aby być szeroko stosowanym, TMD będą musiały wypełnić tę lukę” — wyjaśnia Stanford.

Grafenowe rozwiązanie dla energii słonecznej na kołach

W dziedzinie efektywności konwersji energii słonecznej 2% to naprawdę kiepska sprawa. W tym miejscu grafen wkracza na scenę. Dla tych z Was, którzy są nowicjuszami w temacie, grafen jest dwuwymiarową formą węgla. Odkryto go w 2004 roku, kiedy naukowcy odkleili nanoskalową warstwę atomów węgla z kawałka grafitu za pomocą taśmy klejącej.

Aby stworzyć nowe ogniwo słoneczne, naukowcy ze Stanford położyli warstwę diselenku wolframu TMD grafenem i dodali elastyczną warstwę polimeru po obu stronach. Dodali również dodatkową powłokę, aby poprawić pochłanianie światła.

To nie jest takie proste, jak się wydaje. Współprowadzący autor Alwina Dausa kierował procesem mocowania elastycznego podłoża w skali mikrona do kanapki TMD. Był to technicznie trudny krok, ale wynik był wart wysiłku: nowe prototypowe ogniwo słoneczne TMD o grubości mniej więcej cienkiej plastikowej torby o sprawności konwersji energii słonecznej na poziomie 5.1%.

Znak 5.1% to wysoka poprzeczka dla technologii TMD, ale to wciąż orzeszki ziemne w porównaniu z innymi ogniwami słonecznymi. Z badania wynika jednak, że dodatkowe poprawki spowodują, że nowe ogniwo słoneczne zbliży się do 27%, co stawia tę technologię w ścisłej czołówce.

Stanford zwraca również uwagę, że nowy prototyp jest już konkurencyjny w stosunku do innych cienkowarstwowych ogniw słonecznych, osiągając moc elektryczną w porównaniu do masy.

„Prototyp wytwarzał 4.4 wata na gram, co jest wartością konkurencyjną w stosunku do innych obecnych cienkowarstwowych ogniw słonecznych, w tym innych eksperymentalnych prototypów” — wyjaśnia Stanford, dodając, że „uzyskał 100-krotnie większy stosunek mocy do masy niż jakikolwiek TMD jeszcze opracowane.

Najwyraźniej jeszcze nic nie widziałeś, ponieważ naukowcy obliczyli, że praktyczny limit ich formuły TMD wynosi 46 watów na gram.

Kolejne kroki do samochodu zasilanego energią słoneczną

Aby poznać wszystkie soczyste szczegóły, zajrzyj do badania „Elastyczność o wysokiej mocy właściwej ogniwa słoneczne z dichalkogenkiem metali przejściowych”W czasopiśmie Natura.

W międzyczasie niektórzy właściciele pojazdów elektrycznych nie czekają. Jeden właściciel Tesli wywołał falę zeszłej wiosny, modyfikując swój samochód elektryczny konwencjonalne panele słoneczne, chociaż wyniki były nieco mniej niż estetyczne.

Producenci pojazdów elektrycznych próbują również rozwiązać formułę pokładowej energii słonecznej. To trudny orzech do zgryzienia w przypadku konwencjonalnej technologii słonecznej, biorąc pod uwagę, że nadwaga będzie kolidować z zasięgiem baterii. Jednak już w 2011 r firma eNow skupił się na pomyśle modernizacja samochodów dostawczych oraz inne lekkie pojazdy dostawcze z panelami słonecznymi do użytku pomocniczego. Od tego czasu rozszerzyli swoją działalność między innymi na autobusy i przyczepy chłodnicze.

W 2020 roku start-up Lightyear twierdził, że panele słoneczne planowane na inaugurację Lightyear One EV mogą zapewnić do 70-90% przebiegu samochodu, przy wsparciu technologicznym firmy Królewski DSM.

Jeśli to brzmi drogo, to jest — na razie. Jak poinformował o CleanTechnica w zeszłym miesiącu projekt jest na dobrej drodze z firmą Valmet Motoryzacyjny. Lightyear One rzuci cię za fajne 170,000 2024 $, jeśli chcesz być pierwszym w swoim bloku, ale poczekaj do 2025 lub 33,000 r., A możesz dostać wersję o krótszym zasięgu, nazwaną Lightyear Two za XNUMX XNUMX $.

Toyota też była eksperymentowanie z pokładową energią słoneczną dla pojazdów elektrycznych, ale to tylko wierzchołek bardzo dużej góry lodowej twórców pojazdów elektrycznych i interesariuszy energii słonecznej, którzy nie czekają na TMD. Nasi przyjaciele z Industrial IT właśnie opublikowali nowy 7-letni raport nt światowy rynek „krystalicznych samochodów zasilanych energią słoneczną”. Wśród firm uwzględnionych w raporcie są Daimler AG, Ford, Toyota, Volkswagen AG, Panasonic, AB Volvo, BYD, Nissan, Trina Solar, Jinko Solar i oczywiście Tesla.

Śledź mnie na Twitterze @TinaMCasey.

Zdjęcie:Ultracienkie, lekkie ogniwo słoneczne dla pojazdów elektrycznych i innych zastosowań ((Zdjęcie: Koosha Nassiri Nazif, Uniwersytet Stanforda).

Doceniasz oryginalność CleanTechnica? Rozważ zostanie Członek, Supporter, Technik lub Ambasador CleanTechnica - lub patrona na Patreon.