光伏每周技術(shù)資訊匯總(第二十八期)
“美國(guó)用這個(gè)材料做太空電梯”
因?yàn)樵诿绹?guó)能源部Los Alamos國(guó)家實(shí)驗(yàn)室工作,彭慧勝對(duì)碳纖維管材料的相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域非常熟悉,“這個(gè)材料有什么用?我舉一個(gè)例子,第一代防彈衣是鋼板做的,一件衣服重20多公斤。1970年代杜邦公司研制出科夫拉纖維材料(Kevlar),張力是鋼的5倍,而第三代的防彈衣就是由碳納米管纖維來(lái)做的”。
彭慧勝課題組的仰志斌同學(xué)做了現(xiàn)場(chǎng)演示,用一根像蜘蛛網(wǎng)一樣肉眼幾乎看不見(jiàn)的碳納米管纖維絲,吊起了一枝圓珠筆。仰志斌告訴在場(chǎng)記者,“要吊起兩噸重的汽車,用直徑5毫米的碳納米管纖維就夠了”。
科幻小說(shuō)家劉慈欣的“地球往事三部曲”系列《三體Ⅰ》中,人們能通過(guò)太空電梯穿梭地球上空,有讀者評(píng)論說(shuō)這是在“挑戰(zhàn)讀者想象力的極限”。但據(jù)2012年8月29日英國(guó)《每日郵報(bào)》的報(bào)道,美國(guó)加利福尼亞州的電梯港集團(tuán)公司表示,這一想法能在8年內(nèi)成為現(xiàn)實(shí)。
“美國(guó)就是用這個(gè)材料做太空電梯。”彭慧勝介紹說(shuō),碳納米管纖維最大的特點(diǎn)是很輕、很強(qiáng)韌。
負(fù)責(zé)《應(yīng)用化學(xué)》審稿的專家們認(rèn)為,彭慧勝課題組用一個(gè)“非常簡(jiǎn)單和低成本的方法”,在世界范圍內(nèi)“首次在一根纖維上同時(shí)實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)能”,大大提高了太陽(yáng)能的利用效率,“對(duì)全纖維狀能源系統(tǒng)的開(kāi)發(fā),邁出了關(guān)鍵一步”。
基于納米曲度的設(shè)計(jì),就像用許多小球堆積成一個(gè)大球,“表面積由小變大,有利于電荷的快速傳播,從而大大增強(qiáng)了材料的導(dǎo)電性能”,而且,由于碳納米管纖維具有良好的柔性,它將打破傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池一成不變的“平面結(jié)構(gòu)”。
根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,新研制的太陽(yáng)能電池最高光電轉(zhuǎn)化效率超過(guò)9%,但是白天發(fā)電,晚上怎么辦呢?“我們就在想能不能把發(fā)電和儲(chǔ)能集成起來(lái),想用的時(shí)候用它,不想用就放到那里,把剩下的儲(chǔ)存下來(lái)。”于是,利用同一纖維材料,彭教授課題組構(gòu)建出微型線狀超級(jí)電容器,成功地實(shí)現(xiàn)了這一設(shè)想。
此外,柔軟的纖維電池還具有可編織性。彭慧勝告訴記者,“最近我們做的一項(xiàng)研究就是把太陽(yáng)能電池織成衣服。希望在以后,普通的衣服不僅能防彈,還可以既發(fā)電又儲(chǔ)能”。
彭慧勝表示,碳納米管在能源方面的開(kāi)發(fā)是走在前面的,但放大生產(chǎn)、大規(guī)模制備目前仍然有一定難度。“因?yàn)閯倓偲鸩,通過(guò)研究,應(yīng)該可以一一解決這些問(wèn)題”。他說(shuō)他也不知道多少年后才能方便地用上由這些材料制成的電子設(shè)備,但新材料是改變整個(gè)社會(huì)非常重要的原動(dòng)力,而碳納米管是一個(gè)非常有趣的材料,“它只是一個(gè)開(kāi)始,開(kāi)辟了一個(gè)新的發(fā)展方向,而且這條路是可以走通的”。
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