Блог

Jul 06, 2023

Технические тенденции Солнечная фотоэлектрическая энергия, химия топливных элементов и энергетика на Луне.

Акустическое расщепление может стать ключом к удешевлению солнечной фотоэлектрической энергии, квантовые вычисления для продвижения топливных элементов для электромобилей и технология регенеративных топливных элементов Toyota для исследования Луны.

Акустическое расщепление – возможный ключ к удешевлению солнечных фотоэлектрических систем, квантовые вычисления для продвижения топливных элементов для электромобильности и технология регенеративных топливных элементов Toyota для исследований на Луне – находятся в центре технологического радара на этой неделе.

Солнечные элементы III-V, выращенные из сплавов групп III и V таблицы Менделеева, таких как арсенид галлия (GaAs), являются наиболее эффективными, но также дорогостоящими, что ограничивает их использование такими приложениями, как питание спутников в космосе.

Но ситуация может скоро измениться, по мнению исследователей Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL) Министерства энергетики США, которые говорят, что применение звуковых волн в новом процессе, называемом «акустическим раскалыванием», потенциально может значительно снизить производственные затраты.

Ключом является возможность многократного повторного использования субстрата, на котором выращиваются клетки. В то время как существующая технология использует жертвенный слой травления, который позволяет снять ячейку с подложки GaAs, чтобы подложку можно было использовать снова, этот процесс занимает много времени и оставляет после себя осадок, требующий дорогостоящего этапа полировки.

Ты читал?NREL США исследует квантовые вычисления в сетевых операцияхСмотрите это пространство: солнечная энергетика смело выходит в новую нишу

Напротив, откол, при котором для контроля разрушения используются звуковые волны, занимает секунды, при этом трещина внутри подложки почти параллельна ее поверхности и позволяет легко удалить ячейку, открывая новую, свободную от загрязнений поверхность изнутри подложки, которая не требует полировки.

«Это очень многообещающе для повторного использования субстрата», — сказал Кевин Шульте, ученый из группы высокоэффективных кристаллических фотоэлектрических систем NREL и ведущий автор исследования.

«Само по себе это не сделает солнечные элементы III-V экономически эффективными, но в рамках этого портфеля исследований мы пытаемся решить проблему стоимости с разных точек зрения».

Исследователям удалось создать ячейку на ранее расщепленной подложке с сертифицированной NREL эффективностью 26,9% – аналогично эффективности новой подложки.

Однако необходимы дополнительные исследования, чтобы определить, сколько раз можно повторно использовать подложку после акустического растрескивания.

Топливные элементы — это новый вариант мобильности будущего, конкурентоспособность которого зависит от повышения производительности и снижения затрат.

Это, в свою очередь, зависит от более глубокого понимания происходящих химических процессов, но моделирование является сложным и трудным. Более того, учитывая квантовые свойства задействованных химических механизмов, они являются хорошими кандидатами на роль квантовых компьютеров – именно поэтому BMW Group и Airbus объединились с компанией, занимающейся квантовыми технологиями Quantinuum.

Три компании теперь разработали гибридный квантово-классический рабочий процесс для ускорения таких исследований с использованием квантовых компьютеров и сообщили об успешном моделировании реакции восстановления кислорода, которая преобразует водород и кислород в воду и электричество в топливном элементе. Она относительно медленная и требует большого количества платинового катализатора, поэтому существует большой интерес и ценность для лучшего понимания основных механизмов, участвующих в реакции.

Доктор Питер Ленерт, вице-президент по исследовательским технологиям BMW Group, говорит, что цикличность и устойчивая мобильность заставляют нас искать новые материалы для создания более эффективных продуктов и формирования будущего пользовательского опыта.

«Возможность моделировать свойства материалов с соответствующей химической точностью, используя преимущества ускоряющего аппаратного обеспечения квантовых вычислений, дает нам именно те инструменты, которые позволяют ускорить внедрение инноваций в этой решающей области».

Компании намерены исследовать различные промышленные проблемы и полагают, что этот подход может иметь широкий спектр преимуществ, например, для металло-воздушных батарей.

Toyota работает над проектом по предоставлению своей технологии регенеративных топливных элементов, созданной на основе технологии, разработанной для ее дорожных транспортных средств, для питания герметичного лунохода, получившего прозвище «Лунный крейсер».