復(fù)旦大學(xué)研發(fā)新型材料 可制造太陽(yáng)能纖維電池

不知你是否想過，有一天我們的衣服、帽子、箱包都能“自我發(fā)電”，給手機(jī)隨時(shí)充電;占地面積龐大的發(fā)電站將成歷史，未來只需要一個(gè)桌子大小的機(jī)器就能發(fā)電?復(fù)旦大學(xué)研究人員最近成功研制出的取向碳納米管纖維，向研發(fā)完全纖維狀的能源系統(tǒng)邁出了關(guān)鍵的一步。基于這一技術(shù)制造的新型太陽(yáng)能纖維電池，使人類隨時(shí)隨地高效使用太陽(yáng)能的夢(mèng)想有望成為現(xiàn)實(shí)。

復(fù)旦大學(xué)先進(jìn)材料實(shí)驗(yàn)室、高分子科學(xué)系彭慧勝教授課題組新研制出的這種新型、柔性的纖維狀能源集成器件，可以制成一根根像頭發(fā)絲一樣細(xì)的纖維狀太陽(yáng)能電池，其直徑只有60-100微米(1毫米=1000微米)。纖維狀，意味著可以把它們像普通化學(xué)纖維一樣編織成衣服、褲子等紡織品，讓衣服像一塊大太陽(yáng)能電池，實(shí)現(xiàn)自身“發(fā)電”。這種新型太陽(yáng)能纖維電池能在將太陽(yáng)光轉(zhuǎn)換成電能的同時(shí)，把這些能量?jī)?chǔ)存起來，不需要外接其他蓄電池或儲(chǔ)能設(shè)備。即使在沒有日光、又對(duì)光電需求量更大的夜間，人們也可以隨心所欲地使用太陽(yáng)光能源。

這一研究成果已被最新一期的國(guó)際化學(xué)原創(chuàng)性研究領(lǐng)域權(quán)威期刊《應(yīng)用化學(xué)》(Angewandte Chemie International Edition，影響因子 13.5)作為封面文章發(fā)表。審稿專家認(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”，這大大提高了太陽(yáng)能的利用效率，“對(duì)于全纖維狀能源系統(tǒng)邁出了關(guān)鍵一步”。

傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池多由單晶硅制成，不僅成本較高，而且其生產(chǎn)過程中是一個(gè)高能耗、高污染的產(chǎn)業(yè)，對(duì)環(huán)境有很大影響。而復(fù)旦團(tuán)隊(duì)所使用的碳納米管纖維材料則可能很好地解決未來太陽(yáng)能電池的這些問題。

碳納米管纖維很輕很細(xì)，但其比強(qiáng)度和比剛度要比目前大規(guī)模使用的工程纖維材料如尼龍鋼絲、杜邦公司的科夫拉纖維材料(kevlar)強(qiáng)數(shù)倍，已在防彈衣、航空航天、醫(yī)療和體育器械等廣泛領(lǐng)域顯示重要應(yīng)用前景。將其制成太陽(yáng)能電池的過程基本無(wú)污染，效率高，成本低，制作工藝也較簡(jiǎn)單，具有大量穩(wěn)定生產(chǎn)的可能性。

除了將取向碳納米管纖維成功應(yīng)用于制造太陽(yáng)能電池外，不久前，彭教授課題組還成功地以這一纖維材料作為電極，研制了出新型線狀微型的超級(jí)電容器和鋰離子電池，其成果也被國(guó)際材料領(lǐng)域權(quán)威期刊《先進(jìn)材料》(Advanced Materials，影響因子13.9)以封面文章的形式發(fā)表。他們使用碳納米管纖維材料制造了一系列高效率的線狀染料敏化太陽(yáng)能電池和聚合物太陽(yáng)能電池，并且具有良好的柔性和可編織性，最高光電轉(zhuǎn)化效率超過9%;也成功利用同一纖維材料構(gòu)建了微型線狀超級(jí)電容器。最新研發(fā)的集光電轉(zhuǎn)換與儲(chǔ)能于一體的纖維狀太陽(yáng)能電池和線形鋰離子電池，相關(guān)性能指標(biāo)獲進(jìn)一步提升，為線狀能源器件的大規(guī)模應(yīng)用奠定了良好的基礎(chǔ)。