叶绿素电池 尽可能模仿自然界中的光合作用
出,"我们希望设计出与绿叶光合作用尽可能相似的过程。"言下之意,就是要实现收集太阳光的功能,但其结构又要尽量简化。
2006年,澳大利亚悉尼大学的马克斯。克鲁斯雷教授科研组制造出了一个形状像足球的合成叶绿素分子,是一个由碳、氢、氮合成的高度分岔的纳米聚合体。粘附其上的是人工合成的色素卟啉(促成叶绿素进行光合作用必不可少的元素,位于镁离子的中心)。利用合成叶绿素,克鲁斯雷和他的科研组建造一个有机太阳能电池的雏形。希望最终能制造出比现有太阳能电池更有效的电池。因为绿叶能有效地将30%-40%的光能转变成电能。
克鲁斯雷说:"我们已经拥有了模仿光电设备或太阳能电池的主要成分。从长远来看,我们必须设法生产出一种能像薄薄的一层油漆那样,简单地涂抹在屋顶上的东西。"他表示,科研组还希望能制造出存储装置,用来代替以金属为基础的电池。
实际上,真正的叶绿素太阳能电池,因为"人造绿叶"的难度,目前仍处于研究阶段,但模仿光合作用原理的电池已经制造出来,这就是染料敏化电池。自从1991年瑞士洛桑高工(EPFL)M. Gratzel(迈克尔·格兰泽尔)教授领导的研究小组在该技术上取得突破以来,欧、美、日等发达国家已投入大量资金研发。
上海大学材料学院研究人员杨伟光表示,染料敏化电池是用敏化剂类人工合成染料代替了植物中的叶绿素。目前,英国G24 Innovations公司已经具备30兆瓦的生产能力,并生产和出售电池组件产品,转化效率在6%以上。另有瑞士Solaronix、以色列3Gsolar等公司专门生产和出售染料敏化太阳能电池原料,如染料、浆料、电解质、电极材料等。杨伟光说,目前染料敏化电池组件最高效率达10%左右。这个记录是日本夏普公司创造的。"但只在研发阶段,没有商业产品。"
国内染料敏化电池的研制和产业化也有起步。据杨伟光介绍,目前除了高校和科研院所的研发,彩虹集团技术中心(北京)是目前国内唯一一家染料敏化电池的企业研发中心。而在产业化方面,2009年中船重工国营汉光机械厂(邯郸)与中国科学院化学所合作总投资1.5亿元,进行全国首个"染料敏化太阳能电池"产业化项目,但至今仍无产品出售。另有报道称,2011年11月19日,国内首个新型染料敏化太阳能电池项目已在青岛高新区胶州湾北部园区投产。
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