中美改良光熱轉換材料,太陽能蒸氣產生效率已達 95%

作者 | 發布日期 2019 年 01 月 16 日 14:21 | 分類 太陽能 , 材料、設備 follow us in feedly

太陽能蒸氣產生器是一種綠色又免插電的多功能設備,人們可聚焦陽光來煮沸水,透過蒸氣來消毒或是變成冷凝水飲用,而近日中國與美國科學家攜手合作,透過改進光熱轉換材料,成功將太陽能蒸氣產生效率提高到 95%。




除了太陽能電池、光伏打電池等光電轉換技術,光熱轉換也是有效利用太陽能的方法之一,透過吸收、反射或其他方法把太陽熱能集中起來,最後再將熱能或蒸氣用來發電或是供暖,其中電漿子金屬奈米結構(Plasmonic metal nanostructures)為備受看好的光子應用材料,其獨特的光捕獲方式與容易改良的特性,讓科學家能把該材料改造成兼具高光吸收率與低散射優勢的光熱材料。

然而電漿子金屬奈米結構的共振帶(resonant band)較窄,只能捕捉某些波長的光,若是用在太陽能蒸氣產生器,可能會讓蒸氣產生效率大打折扣,因此中國科技技術大學與美國加州大學河濱分校正想盡辦法「拓寬」材料的共振帶。

對此該聯合團隊採用名為電漿耦合(plasmonic coupling)的方法並加以改進,其原理就是讓兩種電漿奈米粒子相互靠近,屆時他們的共振模式就會出現變化,讓科學家可進一步拓寬共振帶,增加材料的吸光範圍。

而為了縮短奈米粒子之間的距離,團隊也研發出全新的種晶生長法,將種晶沉積在聚合物奈米殼的內壁上,直接在內部生長成電漿奈米粒子,大幅提高奈米粒子分布密度。加州大學河濱分校材料科學家殷亞東(Yadong Yin)表示,如今實驗已證明,團隊可以用化學合成方法來設計金屬奈米結構,最終提高太陽能蒸器產生效率。

(Source:Nano Letters)

目前團段已研發出電漿子-銀奈米結構材料,並成功將太陽能蒸氣產生效率提高到 95%,未來下一步研究將採用銅、鋁金屬來實驗,希望在改進奈米結構提升效率之餘,也可以降低製造成本,加快高效太陽能蒸氣產生器邁向大規模商業化階段的速度。新研究已發表在《Nano Letters》。

太陽能蒸氣產生器除了可用於消毒、生產飲用水,還可以用來進行海水淡化,這些技術也同時讓蒸氣製造不再需要經過燃燒過程,有望達成離網應用,對於設備相對不齊全的偏鄉地區來說,新型技術將有助於提升當地生活品質。

(首圖來源:Flickr/Dyniss Rainer CC BY 2.0)

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