新材料与新能源全解

新材料与新能源

访问了一些网站，这些网站的共同讨论的热点话题均有能源问题，或是在新能源研究领域方面的突破，或是在国家政策、国际会议中的消息。

总结了一下，这些网站关于能源研究与讨论主要由以下几个方面：

1、太阳能储能材料进展与储能转化效率研究

2、生命科学的研究为新能源找到了新领域与新突破

3、核能领域的新突破与核燃料电池研究

4、生活小细节-----人力发电的运用

5、关于化学燃料与替代能源产品价格的调研

想想觉得这几方面也基本上表明了目前新能源领域主要研究方向与面临问题，就将这几方面的新闻进行简单的汇总。

新型太阳能电池研究提高转化效率

■太阳能研究领域

新型材料研究转变储能方式

●新型太阳能电池研究提高转化效率------近日，美国科学家及其带领团队研究了一种新型电池-------胶体量子点太阳能电池，吸光纳米粒子量子点是纳米尺度的半导体，其能捕捉光线（既可吸收可见光，也可吸收不可见光）并将其转化为能源。人们可将其喷洒到包括塑料在内的柔性材料表面，制造出比硅基太阳能电池更便宜、更经久耐用的太阳能电池。而且，胶体量子点电池的理论转化效率可高达42%，超过硅基太阳能电池31%的理论转化率。今年7月，多伦多大学的科学家研制出了转化效率为4.2%的胶体量子点太阳能电池。

当然，理论转化效率虽然很高，但要真正应用于实物，研制出高效的太阳能电池仍较难，根据报告，导致电池转换效率低的原因是因为量子点之间的距离越大，转化效率越低。然而，量子点通常由多出其1—2纳米的有机分子包裹，在纳米尺度上，这有点大，而有机分子是制造胶体的重要成分。新技术采用无机配位体来让量子点紧紧依附在一起，新的表面化学为制造高效且稳定的量子点太阳能电池铺平了道路，也将对其他利用胶体纳米晶体制造的电子和光电耦合设备产生影响。全无机方法的好处包括能显著改善电子的运输速度，让设备更加稳定等。

这让我想到了曾经看到的一篇文章

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这是锂离子电池研究的一大突破，美研究人员利用锂离子可在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性，开发出一种新型储能设备，可以将充电时间从过去的数小时之久缩短到不到一分钟。

当然，这只是我很简单的联想，石墨烯是无机材料，也是发生反应的良好稳定场所，若能利用纳米级石墨烯的相关性能，不知能否应用从而改善电子传输速率，从而改变太阳能电池转换效率。

●新型材料研究转变储能方式------日前美国日前美国研究人员开发出一种新材料，能够按需储存和释放热能。这种材料不同于以往材料，能将太阳能转化为化学能储存起来，而非直接转换为电能。

二钌富瓦烯分子在被阳光照射时，内部结构会发生改变并将能量存储起来，形成一种亚稳定结构。当需要时，这些热量又能在特定催化剂的作用下被释放出来，同时其分子也会恢复为放热前的形态。这一过程可以不断重复。通过这种方法可在甲地存储热量，乙地释放热量；也可以用产生的热量驱动蒸汽发电机发电。但是，由于钌元素非常稀有和昂贵，且储存热量的密度不及锂离子电池，故这项技术一直无法获得大规模应用。

日前，格罗斯曼和他的同事艾拉克斯·库帕克借助碳纳米管对这一技术进行了完善，制造出了一种可取代二钌富瓦烯的新材料。这种材料由偶氮苯和碳纳米管组成，除了具备二钌富瓦烯的优点外，还有价格低廉、热稳定性好的特点，在能量密度上更是超过了锂离子电池。

研究人员将偶氮苯分子“捆绑”在碳纳米管上，形成一种碳纳米管化合物，实验显示该材料的能量差（基能态到高能态之间的差值）和活化能（分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量）都较为理想。实验显示，新材料在能量密度上可达690瓦小时/升，超过了传统锂离子电池（200—600瓦小时/升），相对于仅采用偶氮苯的能量密度（90瓦小时/升），也获得了极大的提升。

微生物燃料研究

■生命科学研究领域

利用微生物照明与发电

●微生物燃料研究------- ①一种叫做真养产碱杆菌（Ralstonia eutropha）的不起眼的土壤细菌具有一种天然性能：只要受到压力，它们就会停止生长并竭尽所能产生复杂的碳

化合物。目前，麻省理工学院的科学家们教会了这种微生物一项新技能：他们修补了它的基因，从而使它能够制造一种叫做异丁醇的酒精燃料，可以直接取代或者兑入汽油。

利用微生物将二氧化碳等废气转换为碳源是利用微生物制造燃料的现有方式，真养产碱杆菌天生就能将异丁醇排入周围流体中，进而使其被连续不断地过滤出来，而生产过程不会停止。

②近日科学家们在英国一条河流中发现了通常生活在高空中的细菌种类，这种细菌将有望为世界提供新的能源。

科学家们发现，用这种细菌制造的微生物燃料电池发电量是其它微生物燃料电池的两倍

微生物燃料电池示意图

这种神秘的细菌是在英国桑德兰地区威尔河(River Wear)河口被发现的，用这种细菌制造的微生物燃料电池可以产生电力。

这种细菌名为“同温层芽孢杆菌”(Bacillus stratosphericus)，其通常存活于距离地面20英里(32公里)的高空。此次在河中发现它们，可能是因为大气循环将它们带下来的。这一大气循环让水汽上升，并再次落下。

这种生命力顽强的特殊细菌可以被用在微生物燃料电池(MFC)当中，用以将废水转变为电力和洁净水。其产生电力的能力是其它细菌种类的两倍以上，因此英国纽卡斯尔大学的科学家们相信这种新型能源未来将可以在发展中国家供人们为家用电器供电。

生物燃料最新发展态势分析

第一代生物燃料的生产工艺已经较为成熟，美国、欧盟和巴西等一些国家已经形成了较完善的产业链。以纤维素乙醇为代表的第二代生物燃料是更有希望的替代燃料，但目前还未获得关键性的技术突破，其大规模的商业化生产尚待时日。目前生物燃料正处于从第一代向第二代发展过渡的初期。各国纷纷将发展第二代生物燃料定为国策，为此制订了长期的发展规划与目标，并为生物燃料发展提供了良好的政策环境和大力的经费支持。各相关研究机构