Графиты для солнечных батарей

XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2019

Графен, как материал для разработки универсальных солнечных батарей

В данной статье рассматривается возможность применения графена в качестве материала для разработки универсальных солнечных панелей, выполняющих не только функцию аккумулирования световой энергии.

Графен представляет собой плоский лист углерода, в котором атомы расположены в узлах гексагональной решетки. Этот материал обладает множеством уникальных свойств, а впервые он был получен выходцами из бывшего СССР Константином Новоселовым и Андреем Геймом. За это в 2010 году они получили Нобелевскую премию.

Рис. 1 Представление графена

Будучи формой углерода, он способен передавать электричество и тепло лучше, чем все остальное. И он не только самый твердый (в  200 раз прочнее стали), но и лучше всего поддается обработке. Его толщина — один атом. Графен может изменить электронную промышленность, сделать возможным создание гибких цифровых устройств и квантовых компьютеров, электронной одежды и микрокомпьютеров, которые смогут целиком помещаться в одной клетке человеческого тела, а также, позволить создать универсальные солнечные панели, о которых далее пойдет повествование.

Солнечная энергия – это важный источник возобновляемой энергии, которую преобразовывают с помощью солнечных батарей в световую энергию, то есть в электричество, посредством фотовольтаического эффекта. Первое поколение кристаллических кремниевых солнечных панелей обладает высокой стабильностью эффективного преобразования энергии, но они непрозрачные и дорогостоящие. Второе поколение солнечных батарей, представляющие собой тонкопленочные солнечные элементы, имеют малый вес и могут быть гибкими. Однако они сделаны из редких материалов со сложной структурой и для нагрева нуждаются в высоких температурах. Идеальным кандидатом для изготовления прозрачных электродов с хорошей проводимостью и с потенциально низкой стоимостью для солнечных батарей с высокой прозрачностью является графен. Полупрозрачность – это особенность солнечных батарей третьего поколения, позволяющая поглощать свет, поступающий с обеих сторон, поэтому такую батарею можно использовать для окон, фасадов зданий, крыш домов и как жалюзи, тем самым существенно увеличивая площадь поверхности, сбирающей солнечную энергию для ее преобразования в электричество.

Давайте рассмотрим несколько примеров, как с помощью графена можно получить универсальные солнечные панели, выполняющие необычные способы преобразования энергии и при этом иметь в своем арсенале необычные функции.

К
примеру, в Италии придумали, как превратить целый дом в концентратор солнечной энергии. Новый люминесцентный материал разработан в Университете Милан-Бикокка совместно с Национальной лабораторией Лос-Аламос (США). Им можно покрыть не только крышу, на которую обычно помещают солнечные панели, но и всю поверхность здания, включая окна.

Рис.2 Поглощение света пластиной

Солнечный свет аккумулируется люминесцентными наночастицами, которые наносят на листы обычного плексигласа. Они поглощают солнечный свет и выделяют его внутрь пластины. Свет достигает краев пластины, оснащенных небольшими солнечными элементами, которые и преобразуют его в электрическую энергию (см.рис.2). Поскольку технология позволяет выбирать степень прозрачности, в фотоэлектрический элемент можно превратить и обычные окна. Изобретение итальянских ученых имеет большие перспективы в сфере экологичной архитектуры, тем более что устройства могут быть любой формы и цвета. Новые солнечные батареи могут состоять из пластиковых или стеклянных пластин с оптически активными веществами — так называемыми хромофорами.

Р
ис. 3 Иллюстрация распада молекул соли на ионы

Более интересные разработки представили Китайские инженеры из Ocean University и Yunnan Normal University. Они разработали инновационные солнечные панели, которые могут работать в любую погоду, генерируя электричество даже из капель дождя. Традиционные солнечные батареи способны функционировать только в ясную погоду и в этом их главный минус. Инженеры уверены, всепогодные элементы являются главным решением энергетического кризиса.

Специалисты из двух китайских университетов разработали всепогодные солнечные батареи, которые в состоянии генерировать электричество не только в ясную погоду, но и в пасмурные дни, сообщается в статье, опубликованной в научном издании Angewandte Chemie. Таким образом, исследователи решили проблему солнечных панелей, которые не могут быть применены в странах с низким уровнем солнечной активности.

В основе разработки китайских инженеров лежит особая конструкция поля, когда панель вырабатывает электроэнергию не только от падающих солнечных лучей, но и от капель дождя.

Стоит отметить, что традиционные солнечные панели состоят из фотоэлементов, изготовленных из кремния для поглощения солнечного света. Свет, попадая на фотоэлемент, теряет электроны, а панель аккумулирует их и передает в виде электричества, однако в пасмурную погоду данный принцип не действует, так как панели содержат в себе металл, а он, как вы знаете, имеет свойство окисляться, следовательно, и терять свои токопроводящие свойства. Китайские конструкторы нашли выход из ситуации, обработав панели сенсибилизированным красителем в сочетании с тонким слоем графена (он же монослой графита, является газо-водо-непроницаемым, а, следовательно, не подвержен коррозии, будучи погруженным в жидкость в отличие от других проводников).

Когда капли дождя попадают на графен, соль в воде распадается на ионы, тем самым создавая энергию. Впрочем, эффективность всепогодных панелей намного ниже солнечных батарей. Китайские пластины в пасмурную погоду работают с 6,5% эффективности в то время, как солнечные панели последней модели имеют КПД в 22,5%. Но у медали две стороны и поэтому преимущества не кончаются. Мы можем видоизменить кристаллическую решетку таким образом, чтобы молекулы соли и примеси блокировались решеткой, а молекулы воды проходили сквозь нее, тем самым получая очищенную воду. Достигается это путем увеличения пространства между ячейками, а точнее, «вырезая» часть ячейки. Молекулы воды меньше чем молекулы соли, следовательно, соль остается на поверхности, а вода может пронизывать решетку, уходя в резервуар.

Рис. 4 Красная штриховка указывает на «вырезанную» область

Но применение графена не ограничивается в сфере строительства домов, его можно использовать на любом транспорте, в быту, промышленности, впрочем, где угодно. Те же самолеты или же машины можно покрывать слоем графена, тем самым добиваясь: усиления жесткости конструкции, оставления первоначального внешнего вида в силу прозрачности материала, а также сбора энергии и не только.

Стоит полагать, что такие панели могут произвести революцию во многих сферах деятельности, примерно так же как переход на транзисторную технику.

Созданы солнечные батареи на основе графена с рекордными характеристиками.[Электронный ресурс]. URL : https ://3 dnews . ru

10 способов применения графена, которые изменят нашу жизнь. [Электронный ресурс]. URL : https :// www . computerra . ru

Видеохостинг YouTube . 15 минут про графен. [Электронный ресурс]. URL : https :// www . youtube . com / watch ? v = diMFwhJld 7 w & t =232 s

Источник

Солнечные панели с графеном производят энергию в дождливую погоду

Солнечная энергия обладает потенциалом для покрытия около 40 процентов энергопотребности Америки, но эта технология до сих пор имеет свои ограничения.

Одним из них является погода.

Облака и дождь уменьшают эффективность солнечных панелей, что является серьёзной проблемой для использования их в тех местах, где большую часть стоит пасмурная погода.
Но новое исследование может изменить эту ситуацию. Команда из четырех китайских ученых Пекинского педагогического университета и Океанского университета Китая недавно обнаружили, что применение графена в солнечных панелях может конвертировать дождь в чистую энергию.
Что если солнечные панели смогут получать энергию с помощью дождя, также как это происходит при помощи солнца? Эту задачу попытались решить китайские ученые.
Процесс извлечения этого слоя углерода, толщиной в один атом, из графита обнаружен лишь немногим более, чем десять лет назад исследователями из Университета Манчестера, которые за это открытие получили Нобелевскую премию по физике. Этот тонкий материал изменяет наш образ жизни – он используется практически во всем: от очистки воды до носимых технологий. Это также «самый проводящий материал в мире», что делает его идеальным для солнечных панелей.
Китайские ученые поместили графен на поверхность солнечных панелей, что, в случае дождливой погоды значительно изменяет ситуацию. Положительно заряженные ионы различных солей, присутствующих в дожде, таких как аммоний, кальций, а также взаимодействие натрия с графеновыми электронами для производства электроэнергии, позволяют солнечным панелям работать даже в самые темные дни.
Это удивительное открытие, но не окончательное решение. Графеновое покрытие для солнечных панелей пока не очень эффективно; они способны трансформировать в электричество только 6,5 процента от полученной энергии. Большинство солнечных панелей способно конвертировать около 22 процентов, поэтому в этой области необходимы дальнейшие исследования. Тем не менее, мы только начинаем задействовать потенциал графена, и дальнейшее развитие может иметь далеко идущие последствия для будущего солнечной энергии.

Изготовим изделия из графита различных марок любой сложности по чертежам Заказчика. Изделия из углеродных композиционных материалов УУКМ. Графит измельченный заданной фракции, пеллеты для науглераживания, лодочки из графита, тигли, блоки футеровочные графитированные. Графит литейный ГЛ, тигли, кристаллизаторы, непрерывное литье, графит ГМЗ, графит АРВ, графит МПГ, графит АГ, графит ГЭ, графит антифрикционный, графит электродный, измельченный графит, графит изостатический, графит силицированный, лодочки из графита, тигли для плавки в индукционных печах, блоки футеровочные графитированные, терморасширенный графит, графит СГ. Торцевые уплотнения для насосов из графита по чертежам заказчика.
По вопросу приобретения обращайтесь в ООО ПКФ «Гармония».
Тел.: +38(061)2773846, email: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Источник

МозгоЧины

#самоделки #инструкции #ремонт_техники #изобретения

МозгоЧины

#самоделки #инструкции #ремонт_техники #изобретения

Как сделать солнечную батарею

Как сделать солнечную батарею

Доброго дня, мозгоэкспериментаторы! В наше время энергии и информации актуальна тема альтернативных источников энергии, и моя мозгоинформация о создании своими руками солнечного модуля будет вам интересна.

«Солнечная» поделка из этого мастер-класса не претендует на статус профессиональной, но она работает! Работает про принципу преобразования солнечной энергии в электрическую с помощью фотоэлектрического эффекта. То есть эта самоделка является устройством, электрические характеристики которого, такие как ток, напряжение или сопротивление, изменяются при воздействии на него света – по материалам википедии.

Шаг 1: Материалы

В основном все материалы для этого мозгоуководства легкодоступны, но некоторые возможно придется приобрести через интернет.

• диоксид титана (белый порошок, часто используемый в косметике)
• 2 канцелярских зажима (для скрепления пластин)
• ацетон или спирт
• стеклянные пластины одна из сторон которых покрыта оксидом олова (SnO2) для токопроводимости
• графитовый порошок или грифель от карандаша
• шприц (не обязательно, но удобно)
• мультиметр
• ватные диски
• клеммы «крокодил»
• алюминиевая пластина (или что-то прочное, но не пористое)
• 2 неглубоких блюдца
• ложка
• деминерализированная вода
• сок ягод: малины, черники или ежевики (. обязательно свежевыжатый. )
• раствор йода
• плитка или варочная панель

Шаг 2: Очистка пластин

Когда все необходимое приобретено, начинаем создание солнечной мозгоподелки!

Для начала находим чистую и свободную рабочую поверхность для своего процесса, а далее берем в руки ацетон и смачиваем им ватные диски, которыми затем протираем обе стороны пластин. Очищенные пластины кладем на ватные диски и достаем мультиметр для определения токопроводящей стороны. К краям пластины прикладываем щупы мультиметра, который выставлен в режим проверки короткого замыкания, и определяем искомую токопроводящую сторону: есть короткое замыкание — сторона с покрытием, нет – переворачиваем пластину, и определяем на КЗ. Одну пластину кладем токопроводящим слоем вверх, вторую вниз.

Шаг 3: Диоксид титана

Откладываем вторую пластину, с токопроводящим слоем вниз, в сторону, она понадобится лишь в конце мозгопроцесса.

Первую пластину, с токопроводящим слоем сверху, нужно покрыть слоем диоксида титана. Для этого на одно блюдце наливаем немного деминерализированной воды, и постоянно помешивания добавляем порошок двуокиси титана. Тщательно перемешиваем смесь для полного удаления комков порошка, и в итоге должна получится однородная сметанообразная масса.

Ложкой аккуратно переносим диоксидную массу на пластинку и распределяем ее по всей поверхности. Мы должны получить равномерный слой диоксида на пластинке, и чтобы этого добиться я на стол положил две стопки из двух стеклянных пластинок, которые не используются в данной поделке, между ними положил пластинку со слоем диоксида, а затем полоской алюминия распределил диоксид, используя стопки стекла как опоры.

После распределения слоя диоксида его нужно запечь. Поэтому пластинку с диоксидом титана кладем на плитку или варочную панель и прогреваем на низких температурах, таких чтобы стекло не треснуло. После запекания оставляем пластину с диоксидом на несколько часов для отвердевания состава.

Шаг 4: Сок и графит

После того как состав затвердел, всего лишь 15 минут отделяет нас от полноценного солнечного модуля. Но пока, выжимаем сок в емкость и помещаем в нее пластину с диоксидом, обязательно чтобы сок полностью покрывал пластинку, выдерживаем около 10 минут.

Состав «сок – двуокись титана» это то, что и создает электрический ток. Когда свет воздействует на сок, в нем образуются «отрицательные» электроны и «положительные» дыры, которые затем при объединении станут нейтральными. Но вместо этого диоксид титана переносит электроны к клемме, а затем в электроцепь.

Сейчас берем пластину, которую отложили в начале, ту, что с проводящим слоем вниз. Переворачиваем ее и ацетоном или спиртом снова очищаем токопроводящий слой. Затем распределяем по токопроводящему слою пластины графитовый порошок (раскрошенный грифель мозгокарандаша).

Из сока вынимаем пластину с диоксидом, аккуратно промываем ее деминерализованной водой. Но не промачивайте ее ватным диском, как это сделал я, чтобы не разрушить слой диоксида.

Шаг 5: Сборка модуля

Настала финальная стадия – совмещение пластин! Просто берем пластины и прикладываем друг к другу, слой диоксида к слою графита, но немного сдвигаем их, оставляя свободные концы около половины сантиметра для крепление клемм-крокодилов. Полученную конструкцию скрепляем по бокам двумя канцелярскими зажимами.

Для лучшей проводимости между пластинами можно снять один из зажимов и по бокам пластин капнуть несколько капель раствора йода, а затем снова установить второй зажим. Излишки йода можно промокнуть ватным диском.

Поздравляю, солнечный модуль готов! Теперь можно приступить к тестированию, то есть направить на поделку свет и проверить мультиметром напряжение на клеммах. Мой солнечный модуль выдает около 25 милливольт под воздействием солнечного света ( который симулируется лампой ). Немного, но при объединении нескольких модулей в одну батарейку можно получить желаемое напряжение!
Успехов в творчестве и удачных самоделок!

( Специально для МозгоЧинов #DIY-solar-cell-from-scratch

Источник

Читайте также:  Комплект солнечных батарей для автодома