Puhtaan polttoaineenergian suosion kasvaessa tutkijat etsivät uusia prosesseja kestävän polttoaineen tuotannon kehittämiseksi. He löysivät äskettäin tavan ladata moottoria puhtaan polttoaineen tuottamiseksi antamalla materiaaleille hieman kierrettä.
Cambridgen yliopiston tutkijat kehittävät edullisia valoa kerääviä puolijohteita, jotka käyttävät laitteita veden muuntamiseksi puhtaaksi vetypolttoaineeksi, jota käyttää yksinomaan auringonvalo.
Nämä kuparioksideina tunnetut puolijohtavat materiaalit ovat myrkyttömiä, runsaita ja edullisia, mutta historiallisesti ne ovat jääneet puolijohdemarkkinoilla piin jälkeen heikon suorituskykynsä vuoksi. Tekniikkaan kuuluu kuparioksidikiteiden kehittäminen tarkkaan orientaatioon , joka parantaa sähkövarausten siirtymistä materiaalin läpi, mikä johtaa huomattavasti nopeampaan ja tehokkaampaan varauksen kuljetukseen.
Tällä lähestymistavalla tuotetut valoa keräävät kuparioksidifotokatodit suoriutuivat aiemmista oksidifotokatodeista 70 % paremmin ja niiden stabiilius parani. Äskettäin julkaistu tutkimus osoittaa edullisten resurssien potentiaalin nopeuttaa siirtymistä kestäviin energialähteisiin . Lisäksi se voidaan integroida saumattomasti olemassa olevaan energiainfrastruktuuriin.
Tutustu myös tähän Tohokun yliopiston tekemään tutkimukseen, jossa käytetään epäjärjestäytyneitä kivisuolan oksideja ladattavissa magnesiumakuissa.
Kuprooksidin haasteita ja mahdollisuuksia
Lupaavista tuloksista huolimatta kuparioksidia, joka tunnetaan myös nimellä kupari(I)oksidi, on pitkään pidetty edullisena ja mahdollisena vaihtoehtona piille. Sen ominaispiirteet kuitenkin haittaavat sen tehokkuutta auringonvalon absorboinnissa ja sen muuntamisessa sähkövaraukseksi. Merkittävä osa tästä varauksesta menetetään , mikä rajoittaa materiaalin suorituskykyä.
Tässä yhteydessä tohtori Linfeng Pan Cambridgen kemiantekniikan ja biotekniikan laitokselta totesi: ”Kuten muillakin oksidipuolijohteilla, kuparioksidilla on omat luontaiset haasteensa. Yksi näistä haasteista on epäsuhta siinä, kuinka syvälle valo absorboituu ja kuinka pitkälle varaukset kulkevat materiaalissa, joten suurin osa materiaalin pintakerroksen alla olevasta oksidista on käytännössä kuollutta tilaa.”
Tutkimusta johtanut professori Sam Stranks lisäsi myös : ”Useimpien aurinkokennomateriaalien kohdalla suorituskyvyn heikkenemistä aiheuttavat materiaalin pinnalla olevat viat, mutta näiden oksidimateriaalien kohdalla tilanne on päinvastoin: pinta on pääosin hieno, mutta materiaalin koostumuksessa on jotain, joka johtaa häviöihin. Tämä tarkoittaa, että kiteiden kasvatustapa on ratkaisevan tärkeä niiden suorituskyvyn kannalta.”
Kilpaillakseen olemassa olevien aurinkosähkömateriaalien kanssa kuparioksidit on optimoitava tehokkaasti tuottamaan ja siirtämään sähkövarauksia, jotka koostuvat elektronireiästä, joka latautuu positiivisesti auringonvalolle altistumisen aikana.
Tulevaisuuden suunnat ja niiden vaikutukset
- Yksi mahdollinen optimointitapa on käytä yksikiteisiä ohuita kalvoja jotka ovat ohuita materiaaliviipaleita, joilla on hyvin organisoitu kiderakenne ja joita käytetään sähkösovelluksissa. Näiden kalvojen perinteinen tuotanto on kuitenkin usein monimutkaista ja aikaa vievää.
- Tutkijat onnistuivat tuotti korkealaatuisia kuparioksidikalvoja ympäristön paineessa ja huoneenlämpötilassa käyttämällä ohutkalvopinnoitustekniikoita. He pystyivät siirtämään kiteet tiettyyn suuntaan säätelemällä huolellisesti kasvua ja virtausnopeuksia saostuskammiossa. Käyttämällä korkean ajallisen erottelukyvyn spektroskooppisia tekniikoita, he havaitsivat, kuinka kiteen suuntaus muutti sähkövarauksen virtauksen tehokkuutta materiaalissa.
Dr. Pan lisäsi: ”Nämä kiteet ovat pohjimmiltaan kuutioita, ja havaitsimme, että kun elektronit liikkuvat kuution läpi kappaleen lävistäjän suuntaisesti kuution pinnan tai reunan suuntaisesti, ne liikkuvat suuruusluokan verran pidemmälle. Mitä pidemmälle elektronit liikkuvat, sitä parempi suorituskyky.”
- Kokeet tällä tekniikalla luodulla kuparioksidivalokatodilla osoitti suorituskyvyn kasvun yli 70 % verrattuna nykyiseen sähkösaostettuun oksidivalokatodiin.
Professori Stranks totesi edelleen: ”Näiden materiaalien diagonaalisessa suunnassa on jotain taianomaista. Meidän on tehtävä lisätutkimuksia ymmärtääksemme täysin miksi ja optimoidaksemme sitä edelleen, mutta tähän mennessä se on johtanut valtavaan suorituskyvyn parantumiseen.”
”Parannetun suorituskyvyn lisäksi havaitsimme, että orientaatio tekee kalvoista paljon vakaampia, mutta bulkkiominaisuuksien lisäksi voi olla muitakin tekijöitä”, Dr. Pan lisäsi.
- Tutkijat huomauttavat, että aiemmasta lisätutkimuksesta ja kehityksestä huolimatta ponnisteluja tarvitaan. Siitä huolimatta he korostaa tämän ja muiden aineellisten perheiden mahdollista merkitystä tukemalla meneillään olevaa siirtymistä kestäviin energialähteisiin.
Lopuksi professori Stranks korosti: ”Matka on vielä pitkä, mutta olemme jännittävällä polulla. Näistä materiaaleista on tulossa paljon mielenkiintoista tiedettä, ja minusta on kiinnostavaa yhdistää näiden materiaalien fysiikka niiden kasvuun, muodostumiseen ja lopulta niiden toimintaan.”
Lähde : Yksinkertainen "kierre" parantaa puhtaan polttoaineen tuotantoa moottorissa
