Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy

Recommended Posts

Jaki powinien być panel słoneczny marzeń? Efektywny, tani w produkcji, trwały, giętki i przyjazny środowisku. Wszystko to mogą dać perowskity: nowy materiał, który oferuje efektywność energetyczną porównywalną z panelami krzemowymi, ale jest o wiele tańszy i prostszy do wyprodukowania. Nowe badania prowadzone w IChF PAN we współpracy ze szwajcarskim EPFL przybliżają nas do komercjalizacji tej technologii.

Chciałbyś podładować telefon w trakcie wędrówki po górach? A może zostać prosumentem, tyle że... nie masz dachu, na którym dałoby się zainstalować słoneczne panele? Jeśli chwilę poczekasz, twoje marzenia mogą się spełnić dzięki perowskitom. Metalohalogenki perowskitów od kilku lat stają się wiodącym kandydatem na najbardziej ekonomiczny materiał, głównie w dziedzinie energii odnawialnej, a konkretnie – paneli słonecznych. To, co dziś widujemy na dachach czy w specjalnych instalacjach fotowoltaicznych, to panele krzemowe. Są dość grube, sztywne, a do ich wyprodukowania potrzeba długiego czasu, bardzo wysokich temperatur i skomplikowanych technologii. Jednym słowem – dużo pieniędzy. Tymczasem perowskity są proste i tanie w produkcji, a ich synteza nie wymaga skomplikowanej i drogiej aparatury.

Perowskit oferuje przy tym wydajność energetyczną porównywalną z krzemem (tu mimo ponad 40 lat badań i rozwoju wciąż nie przekracza ona 27%), a rekordy są wciąż śrubowane. W początkach badań nad tym materiałem, w 2009 roku, wydajność perowskitu wynosiła 3,9%. Dekadę później – już 24,2% - objaśnia Rashmi Runjhun. Potencjalnie może sięgnąć 31%, a dzięki architekturze tandemowej – nawet więcej - dodaje badaczka, a przecież wszyscy dziś stawiają na wydajność. Zdaniem Runjhun, właśnie dlatego perowskity mają wielki potencjał przemysłowy. Wystarczy wziąć parę stosunkowo dostępnych chemicznych związków, wymieszać je w roztworze i nanieść na podłoże. Doktorantka programu NaMeS ma nadzieję, że w niedalekiej przyszłości dzięki badaniom jej i innych zespołów, perowskitowe warstwy światłoczułe będzie można nanosić na różne, w tym elastyczne i giętkie, powierzchnie. Np. na zróżnicowane geometrycznie powierzchnie ścian, dachów czy... ubrania. Być może powstaną nawet farby ścienne generujące energię.

Z pewnością pomogą w tym badania prowadzone w IChF PAN we współpracy ze szwajcarskim EPFL. Dzięki niewielkiej zmianie składu roztworu udało się podnieść jego energetyczną wydajność z 15% do ponad 20%. To efekt zarówno większych ziaren warstwy aktywnej, jak i lepszej separacji ładunków. Niejako "przy okazji" zespołowi badawczemu udało się też wydłużyć czas życia perowskitowych paneli i zwiększyć ich stabilność. Wyniki opublikowano niedawno w Chemistry of Materials.

Wyzwania? Sprawić, by nowe, perowskitowe, panele słoneczne były bardziej przyjazne środowisku; na razie bowiem materiał opiera się na toksycznym ołowiu - dodaje szef projektu, prof. Janusz Lewiński. A jaki jest idealny panel słoneczny z marzeń Rashmi Runjhun? Powinien być, rzecz jasna, wydajny – mówi doktorantka. Poza tym tani w produkcji, stabilny (przynajmniej 10 lat dobrej aktywności) i przyjazny środowisku. No i oczywiście giętki. Taki, żeby np. można było nanosić fotowoltaiczną warstwę na tkaniny. Już nigdy nie groziłby nam urlop pod namiotem bez prądu.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Pu Zhang i jego koledzy z Binghamton University stworzyli sieć krystaliczną z płynnego metalu, która po zniszczeniu a następnie podgrzaniu powraca do oryginalnego kształtu. Metal utrzymywany jest przez krzemową skorupę i może znaleźć zastosowanie w robotyce, elektronice czy przemyśle kosmicznym. Na myśl przychodzi też od razu robot T-1000 z Terminatora 2.
      Niezwykła konstrukcja powstała ze specjalnej mieszaniny bizmutu, indu i cyny, zwanej stopem Fieldsa.
      Stop taki ma wiele niezwykłych właściwości, np. jego temperatura topnienia wynosi zaledwie 62 stopnie Celsjusza. Oznacza to, że topi się on pod wpływem gorącej wody. Stop Fieldsa już jest stosowany np. jako chłodziwo w zaawansowanych reaktorach atomowych.
      Zhang i jego zespół wykorzystali złożony proces produkcyjny, składający się m.in. z druku 3D, odlewania w próżni czy nakładanie powłok ochronnych, w celu połączenia stopu z krzemową skorupą. To właśnie ta skorupa pozwala sieci krystalicznej stopu na zapamiętanie kształtu i powrót do niego po ogrzaniu.
      Bez skorupy całość nie zadziała. Metal sobie popłynie. To ten krzemowy szkielet kontroluje kształt i integralność całości, mówi Zhang.
      Stop Fieldsa jest niezwykle wytrzymały i stabilny oraz znacznie sztywniejszy niż większość polimerów zapamiętujących kształt. Główną zaletą wynalazku Zhanga jest możliwość skruszenia materiału np. na czas transportu czy przechowywania, a później, po ogrzaniu, jego powrót do oryginalnego kształtu. Badacze mówią, że świetnie sprawdzi się on np. podczas misji kosmicznych. Można będzie robić z niego czasze anten czy elementy dużych struktur, które na czas transportu np. na Księżyc zostaną ciasno upakowane, a na miejscu łatwo odzyskają oryginalny kształt.
      Materiał taki przyda się też do budowy poduszek amortyzujących lądowanie pojazdu kosmicznego, gdyż podczas kruszenia absorbuje duże ilości energii. Takie poduszki zwykle tworzone są z aluminium lub stali. Po wylądowaniu na Księżycu poduszka amortyzuje pojazd, absorbuje energię i się odkształca. I to koniec. Może być użyta tylko raz, zauważą Zhang. Tymczasem jego wynalazek jest wielokrotnego użytku. Używając stopu Fieldsa w r roku poduszki możemy odkształcić czy skruszyć metal podczas lądowania, a później go podgrzać i odzyskać oryginalny kształt, dodaje uczony.
      Carmel Majidi, inzynier z Carnegie Mellon University przypomina, że rośnie zainteresowanie maszynami i strukturami, które mogą zmieniać kształt, sztywność czy odporność na obciążenia. Tego typu struktury i urządzenia znajdą zastosowanie w robotach naśladujących organizmy żywe, ubieralnych systemach komputerowych dostosowujących się do ruchu ciała czy egzoszkieletach. Praca Zhanga to wspaniały przykład, pokazujący, że do tego celu można wykorzystać metale o niskiej temperaturze topnienia.
      Wynalazek grupy Zhanga opisano w artykule Multifunctional liquid metal lattice materials through hybrid design and manufacturing.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Naukowcy z Instytutu Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk (IChF PAN) we współpracy z Wydziałem Chemicznym Politechniki Warszawskiej opracowali nową, bezrozpuszczalnikową metodę enkapsulacji cząsteczek leków w materiałach porowatych typu MOF (ang. Metal-Organic Framework).
      W obecnych czasach przemysł farmaceutyczny kładzie duży nacisk na poszukiwanie nowych form nośników leków, które usprawniłyby ich precyzyjność i pozwoliły kontrolować czas uwalniania. Ze względu na dużą powierzchnię właściwą i możliwość dostosowania kształtu, wielkości i funkcjonalności porów, bardzo obiecującą klasą materiałów, które mogą stanowić platformę do przenoszenia leku w organizmie, są organiczno-nieorganiczne hybrydowe materiały typu MOF. Stosowane obecnie metody wypełniania porów materiałów MOF cząsteczkami leku polegają na nasączaniu uprzednio zsyntezowanego i aktywowanego materiału MOF w odpowiednio przygotowanych roztworach leków. Ta z pozoru prosta czynność jest czasochłonna i obejmuje pojedyncze operacje: syntezę i aktywację materiału MOF, nasączanie, przemywanie i suszenie. Otrzymane w ten sposób materiały mają mniejszą pojemność niż obecnie stosowane nośniki leków - mezoporowate krzemionki czy nośniki organiczne.
      Od wielu lat mój Zespół prowadzi intensywne badania nad projektowaniem i syntezą molekularnych prekursorów oraz ich kontrolowaną transformacją do hybrydowych materiałów funkcjonalnych. Realizujemy to strategią typu "bottom-up", wykorzystując zarówno klasyczne metody rozpuszczalnikowe, jak i przyjazne środowisku metody mechanochemiczne - mówi prof. Janusz Lewiński.
      Naukowcy z IChF PAN we współpracy z kolegami z Wydziału Chemicznego PW opracowali nową, prostą i bezrozpuszczalnikową metodę enkapsulacji leków w materiałach typu MOF, w której zastosowany kompleks metalu działa zarówno jako prekursor leku, jak i element budulcowy materiału MOF. Według naukowców, wykorzystanie tej metody pozwoliło w sposób znaczący usprawnić enkapsulację cząsteczek leku w materiałach typu MOF oraz otworzyć drogę do otrzymywania wielu innych kompozytów typu "lek@MOF".
      To jest szybka i prosta procedura, w której reakcja mechanochemiczna bez użycia rozpuszczalnika pozwala na otrzymanie kompozytu "lek@MOF" nawet w 20 min - mówi dr Daniel Prochowicz, współautor pracy.
      Synteza mechanochemiczna jest bardzo prosta. Do przeprowadzenia reakcji potrzebujemy stałych prekursorów i elektrycznego młyna. Podczas mielenia substratów siła mechaniczna robi za nas całą robotę - mówi Jan Nawrocki, doktorant w grupie prof. Lewińskiego oraz pierwszy autor publikacji.
      Naukowcy podkreślają, że opracowana przez nich metoda z użyciem miedziowego klastera ibuprofenowego jest dopiero początkiem badań nad bardziej biokompatybilnymi materiałami, opartymi między innymi na cyrkonie i żelazie.
      Droga, która pozwoli na wykorzystanie materiałów typu MOF w przemyśle farmaceutycznym, jest zapewne długa i kręta, jednak jeśli zostaną one wprowadzone na rynek, to nasza metoda, ze względu  na swoją prostotę wytwarzania, będzie bardzo korzystna z ekonomicznego  punktu widzenia - mówi Prochowicz.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Producenci akumulatorów od lat próbują zastąpić grafitową anodę w akumulatorach litowo-jonowych jej krzemową wersją. Powinno to zwiększyć zasięg samochodów elektrycznych wyposażonych w takie akumulatory. Próby są prowadzone zwykle z użyciem tlenku krzemu lub połączenia krzemu i węgla. Jednak kalifornijska firma Enevate ma nieco inny pomysł – wykorzystuje cienkie porowate warstwy czystego krzemu.
      Właściciel i główny technolog firmy, Benjamin Park, który od ponad 10 lat pracuje nad nowymi akumulatorami, twierdzi, że taki materiał jest nie tylko tani, ale pozwala na zwieszenie o 30% zasięgu samochodów elektrycznych wyposażonych w tego typu akumulatory. Co więcej, przedstawiciele Enevate uważają, że w niedalekiej przyszłości tego typu akumulatory po 5-minutowym ładowaniu zapewnią samochodowi 400 kilometrów zasięgu.
      Podczas ładowania akumulatorów litowo-jonowych jony litu przemieszczają się z katody do anody. Im więcej jonów jest w stanie przyjąć anoda, tym większa pojemność akumulatora. Krzem może przechowywać nawet 10-krotnie więcej energii niż grafit. Jednak w trakcie pracy akumulatora znacznie się on rozszerza i kurczy, powstają pęknięcia i materiał kruszy się po kilku cyklach ładowania.
      Producenci akumulatorów, chcąc obejść ten problem, dodają nieco krzemu do proszku grafitowego. Całość mieszana jest z tworzywem sztucznym działającym jak spoiwo i nakładana na cienką warstwę miedzi. W ten sposób powstaje anoda. Jednak, jak wyjaśnia Park, jony litu najpierw wchodzą w interakcje z krzemem, później z grafitem. Krzem wciąż się nieco rozszerza, a spoiwo jest dość słabe. Tak zbudowana anoda ulega tym szybszej degradacji, im więcej krzemu się w niej znajduje.
      Enevate nie używa spoiwa. Firma opracowała własny sposób na bezpośrednie nakładanie na miedź porowatych warstw krzemu o grubości od 10 do 60 mikrometrów. Na wierzch stosuje się dodatkową warstwę, która chroni krzem przed kontaktem z elektrolitem.
      Cały proces nie wymaga używania krzemu o wysokiej jakości, więc tego typu anoda kosztuje mniej niż anoda grafitowa o identycznej pojemności. Zaś dzięki temu, że stosowany jest krzem, jony litu mogą bardzo szybko się przemieszczać. W ciągu 5 minut można naładować akumulator do 75% pojemności, nie powodując przy tym zbytniego rozszerzania się krzemu.
      Wszystko co potrzebne do wyprodukowania anody można wytwarzać standardowymi metodami przemysłowymi z rolki. Zatem cały proces łatwo jest skalować. Dzięki połączeniu nowej anody z konwencjonalnymi katodami stworzono akumulatory o pojemności do 350 Wh/kg. To o około 30% więcej niż współczesne akumulatory litowo-jonowe.
      Enevate już współpracuje z koncernami motoryzacyjnymi. Jej nowe akumulatory powinny trafić do samochodów elektrycznych w sezonie 2024/2025.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Firma Grouphug z Nowego Jorku zaprezentowała właśnie Window Solar Charger, pozwalający właścicielom mieszkań generować własną energię słoneczną, którą można wykorzystać do ładowania urządzeń mobilnych. Dach nie jest potrzebny. Wystarczy okno...
      Na Kickstarterze trwa akcja zbierania funduszy, bardzo zresztą udana, bo choć do końca zostało jeszcze 11 dni, cel w wysokości 10 tys. dolarów udało się już zrealizować w 500%.
      Pomysł na okienny panel słoneczny zrodził się z frustracji. Krystal Persaud, absolwentka Georgia Tech, która uważa się za osobę świadomą ekologicznie, czyli używającą toreb wielorazowych, kompostującą itp., ma w Nowym Jorku mieszkanie o powierzchni ok. 28 m2. Nie może więc zainstalować na dachu paneli słonecznych. Na rynku są co prawda dostępne osobiste panele, ale zaprojektowano je z myślą o kempingowaniu. Nie było więc innego wyjścia i Krystal musiała zaprojektować coś własnego. Tak powstał Window Solar Charger.
      Prototypy beta okiennych paneli-ładowarek przeszły już kilkumiesięczne testy konsumenckie.
      Na Window Solar Charger składa się bambusowa ramka o wymiarach 33x25,5 cm. Najważniejszym elementem jest, oczywiście, panel słoneczny o mocy 10 watów. Całość wiesza się na bawełnianym sznurku wyposażonym w przyssawkę. Z tyłu znajdują się wskaźniki świetlne, port USB oraz dojście do wewnętrznego akumulatora o pojemności 2200 miliaperogodzin.
      Pełny akumulator (aby taki uzyskać, potrzeba ok. 8-10 godzin słońca) pozwala naładować iPhone'a (2x), telefon z Androidem (1-1,5x), tablet (0,5x) czy przenośne głośniki (1x).

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Ekskrementy hipopotamów odgrywają ważną rolę w ekosystemach afrykańskich rzek i jezior. Ponieważ hipopotamów jest coraz mniej, ekosystemy również są zagrożone. W dłuższej perspektywie czasowej może to doprowadzić do katastrofy np. w Jeziorze Wiktorii.
      Jak tłumaczą naukowcy z międzynarodowego zespołu, hipopotamy prowadzą unikatowy tryb życia. Nocą zjadają na sawannie dziesiątki kilogramów świeżej trawy, za dnia większość czasu spędzają, polegując w rzekach czy jeziorach. Chronią się w ten sposób przed drapieżnikami i palącymi promieniami słońca. Podczas chłodzenia w wodzie trawią i wydalają olbrzymie ilości kału.
      Hipopotamy różnią się od innych dużych roślinożerców z sawanny. Składniki odżywcze z odchodów innych pasących się zwierząt przeważnie ponownie kończą na sawannie, gdzie są reabsorbowane przez rośliny. W przypadku hipopotamów tak się jednak nie dzieje: działają one jak swego rodzaju pompa, przekierowująca składniki odżywcze z lądu do jezior i rzek - opowiada Jonas Schoelynck z Uniwersytetu w Antwerpii.
      Schoelynck, Patrick Frings z GFZ Helmholtz Centre Potsdam i inni wykazali, że ta funkcja pompująca jest kluczowa dla życia w wodzie.
      Trawa, którą jedzą hipopotamy, zawiera krzem absorbowany z wód gruntowych. Pierwiastek ten zapewnia wytrzymałość, a także chroni przed chorobami oraz, w pewnym zakresie, przed żerowaniem przez mniejsze zwierzęta - wyjaśnia Schoelynck.
      Analiza izotopowa [oraz pomiar stężeń Si] pozwoliła nam zrekonstruować szlak transportu krzemu [ang. downstream Si flux] - tłumaczy Frings.
      Okazało się, że duża część krzemu w rzece Mara była tam transportowana przez hipopotamy. W badanym obszarze na terenie południowo-zachodniej Kenii pasące się zwierzęta absorbowały ze zjadanych roślin 800 kg krzemu dziennie; z odchodami hipopotamów do rzeki trafiało 400 kg. Naukowcy wyliczyli, że wkład hipopotamów to nawet 76% ogólnego transportu krzemu w rzece Mara. W pewnych rejonach hipopotamy odgrywają więc kluczową rolę w biogeochemicznym obiegu tego pierwiastka.
      Nasze wyniki to całkowite novum. Dotąd nikt nie zakładał, że pasące się dzikie zwierzęta mogą mieć tak duży wpływ na transport krzemu z lądu do jezior.
      Autorzy raportu z pisma Science Advances podkreślają, że krzem jest niezbędny dla pewnych organizmów, np. dla okrzemek, które produkują tlen i stanowią podstawę wielu łańcuchów pokarmowych.
      W ostatnich latach liczebność hipopotamów w Afryce drastycznie spadła wskutek utarty habitatu i polowań. Przez to ich "funkcja pompująca" została częściowo utracona. Jezioro Wiktorii, do którego wpada rzeka Mara, może przetrwać na obecnych dostawach krzemu do kilkudziesięciu lat. W dłuższej perspektywie stanie się to jednak prawdopodobnie problemem. Jeśli okrzemki nie będą miały zapewnionych wystarczających ilości Si, zostaną zastąpione glonami-szkodnikami. Konsekwencją będą niedobór tlenu i śnięcie ryb, a rybołówstwo to ważne źródło dochodu mieszkańców okolic jeziora Wiktorii.

      « powrót do artykułu
×
×
  • Create New...