《新型太阳能电池板有望支持火星探测任务》

  • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
  • 编译者: guokm
  • 发布时间:2019-12-05
  • 目前,俄罗斯科学家们正在测试一种用于制造太阳能电池板的材料。据悉,用这种新的有机金属材料制成的电池板具有更强抗辐射能力。未来,这种电池板既可安装在近地卫星或空间站上,也可用于执行登月或火星探测任务飞行器上。

    俄罗斯媒体称,目前航天领域使用的主要是硅太阳能电池板,这种电池板取材方便但效率不高。为此,世界航天大国正在竞相研发制造电池板的新材料。目前科学家已研发出的一些新材料,尽管可以让电池板比硅太阳能电池板性能更高,但抗辐射能力低,难以投入实际应用。俄罗斯科学家研发出的新材料,抗辐射能力更强、安全性更高,可以解决这一难题。

    俄罗斯科学院有机金属化学研究所教授博奇卡列夫表示:“我们发现含有稀土金属(镧系元素)的新材料具有极高抗辐射性,因此适合用于航天领域。”他称,实验结果证明,在颗粒流影响下,新材料仅一小部分原子会改变位置,这意味着太空辐射不会明显影响材料的特性。而在其他材料中,相同数量原子的置换会明显改变材料性能。另外,这种新材料具有更强的辐射承受能力,能够更有效地将太阳能转化为电能。

    奇卡列夫介绍,新材料既可用于卫星上,也可用于执行太空远程飞行任务的飞行器上,并能更好地抵抗来自太空粒子的冲击。另外,由于这种材料制成的电池板效率更高,可减小使用面积,减轻卫星或航天器重量,为其他有效载荷腾出空间。

    目前该材料处于最后测试阶段。未来新材料不仅可用于制作太阳能电池板,还可在其基础上研发新装置,将电离辐射直接转换为电能,用于建造新一代太空核电站,将地球上的乏核燃料作为能源,使核废料成为二次可利用资源。

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  • 《破解太阳能电池板资源化回收难题》

    • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2020-05-07
    • 光伏发电产业在快速发展的同时,面临太阳能电池板老化、回收利用难并产生大量固体垃圾等问题。青海电科院与西安交通大学联合组建攻坚团队,着手研究环保、高效、节能的新型太阳能电池板资源化回收利用技术——破解太阳能电池板资源化回收难题。 从破碎机理出发,突破传统电池板拆解工艺束缚,研发出基于液电效应的太阳能电池板资源化回收装置,形成新型环保的电池板资源化回收工艺。 据宋佰鹏介绍,太阳能电池板由玻璃、硅片、EVA膜、金属汇流条和背板等组成,不同组分的力学和电学性能差异大。这给资源化回收带来了很大的技术难度。 “项目执行期间,我们尝试了多种脉冲电源激励下水中放电,进行了大量实验探究和技术验证工作,走访了青海、新疆、江苏等地光伏生产厂家和中国工程物理研究院、中国地质大学、中国科学院电工所等。经过近两年的技术攻关和系统研究,上万次的脉冲放电实验,我们终于获得了优化的电源参数。”宋佰鹏说。 新技术具有两大优势,一是液电效应回收太阳能电池板的关键解离过程发生在自来水中,回收过程中既不采用化学试剂,也不会产生废水、废液,同时还避免了粉尘污染,达到回收处理过程无害化。二是实现不同组分的有效分离和富集,可实现玻璃、金属、硅粉等不同组分的选择性解离和回收,相比传统的机械拆分,材料浪费更少,破碎效果更好。 综合比较,此项新技术具有环境污染小、能耗低、经济收益高等优点,可为我国废弃太阳能电池板环保回收提供新的解决思路。 解决太阳能电池板退役后的资源化回收利用问题,是完善光伏产业链的重要步骤。基于液电效应的太阳能电池板回收利用技术,将在我国太阳能电池板大规模退役后的资源化回收利用方面发挥重要作用。 2019年,国家重点研发计划“可再生能源与氢能技术”专项已将光伏组件回收处理成套技术和装备列入指南,旨在研究低成本绿色拆解技术,实现主要高价值组成材料的再利用。 我国具备光伏产业的全产业链生产工艺,但太阳能电池板资源化回收行业,在产业布局、回收技术研究和标准建设等方面,均落后于欧美国家。 据康钧介绍,进一步优化升级回收工艺,验证该工艺大规模工业推广应用的可行性,迫切需要建立“产、学、研、用”相结合的协同创新中心,建设具有一定规模的示范性工业化生产线,制订基于液电效应的太阳能电池板回收标准化流程,提高高价值材料的回收效率和产率,解决实际工业生产中可能出现的技术和管理难题,为大规模市场推广应用奠定基础。 2月25日上午,西安交通大学电气学院高压试验大厅内,疫情防控人员正为高压教研室助理研究员宋佰鹏和课题组成员测量体温。做好各项检查、登记后,大家开始当天的太阳能电池板破碎实验研究工作。 新型破碎技术,源自青海电力科学研究院和西安交通大学共同承担的“基于液电效应的太阳能电池板资源化回收利用技术研究”科技项目。 “项目成功研发了基于液电效应的太阳能电池板资源化回收装置,提出了新型、环保的电池板资源化回收工艺,具有完全自主产权。这标志着我国在废弃太阳能电池规模化、低能耗、低成本的资源化处理和回收利用技术研究领域取得重大突破,对促进我国光伏发电产业健康可持续发展具有重要价值。”该项目负责人、青海电科院副院长康钧介绍。 我国光伏发电新增和累计装机容量均为全球第一。近年来,青海省已成为光伏电站大规模并网集中地区。光伏发电产业在快速发展的同时,面临太阳能电池板老化、回收利用难并产生大量固体垃圾等问题。 2018年年初,青海电科院与西安交通大学联合组建攻坚团队,着手研究环保、高效、节能的新型太阳能电池板资源化回收利用技术。两年来,团队在技术研发、装备处理和标准建设等方面取得了显著成效。 团队前期调研发现,我国退役太阳能电池板拆解工艺较为原始,易产生废液、废气,无法有效分离有价值的组分,耗费能源的同时,存在较高的环境风险。而另一方面,退役的太阳能电池板也是资源宝库,光伏组件的绝大部分可循环利用,具有可观的回收价值,亟须环保、高效的光伏组件处理技术和装备。 液电效应的原理是,高压电脉冲把较小功率的能量以较长时间慢慢输入到中间储能装置中储存起来,然后压缩与转换能量,通过脉冲形成系统在极短的时间内以极高的功率密度向负载释放能量形成冲击波。 基于液电效应的太阳能电池板拆解方式是一种新型、有广阔应用前景的环境友好型太阳能电池板资源化回收方式。
  • 《新型太阳能电池首入太空》

    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2020-08-17
    • 德国研究人员首次将钙钛矿和有机太阳能电池通过火箭送入太空。该太阳能电池经受住了太空中极端条件的考验,通过阳光直射和地球表面的反射光产生能量。这项研究日前发表在《焦耳》上,为未来的近地应用和潜在的深空任务奠定了基础。 太空任务的目标之一就是将火箭携带的设备重量减到最小。虽然目前用于太空任务和卫星的无机硅太阳能电池板效率很高,但它们非常笨重和刚性。作为新兴技术的混合钙钛矿和有机太阳能电池,因其难以置信的轻便和灵活性,成为未来应用的理想候选者。 “在这个行业中,重要的不是效率,而是每个重量单位产生的电能,也就是所谓的功率系数。”慕尼黑工业大学资深作者Peter Müller-Buschbaum说,“在火箭飞行过程中,这种新型太阳能电池的功率达7~14mW/cm2。” 文章第一作者、慕尼黑工业大学Lennart Reb说:“如果将1千克的太阳能电池转移到超薄箔片上,就可以覆盖200多平方米的面积,产生的电能可以满足300个标准100瓦灯泡的使用。这是现有技术的10倍多。” 2019年6月,火箭在瑞典北部发射,进入太空并达到240千米的高度。位于有效载荷上的钙钛矿和有机太阳能电池,成功经受住了火箭飞行中的极端条件——从发射时的隆隆声和高温,到太空中的强紫外线和超高真空。“火箭发射是一大步,乘坐火箭真的就像进入了一个不同的世界。”Reb说。 除了在太空中高效工作,钙钛矿和有机太阳能电池也可以在低光条件下工作。当没有光线直射时,传统太阳能电池通常会停止工作,功率输出变为零。然而,研究小组发现,即便没有直接暴露在阳光下,从地球表面反射的微弱漫射光也能增加钙钛矿和有机太阳能电池的能量输出。 “这是一个很好的暗示,也证实了这种技术可以用于所谓的深空任务,即把它们送到远离太阳的太空中,标准的太阳能电池无法在那里工作。”Müller-Buschbaum说,“这种技术的未来真的很令人兴奋,可以将这些太阳能电池用于未来更多的太空任务。” 但是在向太空发射更多新的太阳能电池之前,Müller-Buschbaum说,这项研究的局限性之一是火箭在太空中停留的时间很短,总时间只有7分钟。下一步是在太空中进行长期应用,如在卫星上使用,以了解电池的寿命、长期稳定性和全部潜力。 “这是钙钛矿和有机太阳能电池首次进入太空,这是一个里程碑。”Müller-Buschbaum说,“这为将此类太阳能电池更多应用于太空铺平道路。从长远来看,这也可能有助于将这些技术更广泛地应用于我们的陆地环境。” (冯维维) 相关论文信息:http://doi.org/10.1016/j.joule.2020.07.004