наноЭНЕРГЕТИКА: Мы научились в фоточувствительном материале управлять импульсом фотоэлектрона
Пытался найти в этих ваших интернетах упоминания об разработке литий-полимерных аккумуляторов с сухим, безгелевым электролитом, работающих при комнатных температурах - не нашёл таких, зато наткнулся на очередных наношулеров.
http://www.ictt.by/NanoAdvertisment/pojectcomments.html
"Дальнейшее увеличение к.п.д. топливных элементов на углеводородном топливе невозможно.
...
Разработанные нами технологии “energy chip” позволяют создать термоэлектрические генераторы, в которых камера сгорания топлива отделена от источника электроэнергии. Это позволит использовать любой вид тепла для получения электрической энергии, в том числе природные источники тепла и атомную энергию. Также можно использовать любой вид углеводородных топлив в наиболее оптимальном режиме каталитического горения, что резко уменьшает загрязнение окружающей среды.
...
Наша технология основана на термоэлектронной генерации электричества. Так как электроны в тысячи раз легче ионов, то это позволяет получить большую плотность тока на единицу площади и меньшую теплопередачу. Они будут более компактными и обладать большим к.п.д. - до 70%.
...
Для создания конкурентоспособного ТЭГ с к.п.д. 50-70% мы должны изменить структуру среды переноса носителей заряда таким образом, чтобы при минимизации теплопроводности до l = 0.1 - 1.0 Вт/м*K. К получить электропроводность не менее s = 102 - 104 Ом-1 см-1. Получить такие параметры возможно только при учете квантовых эффектов взаимодействия фононов и электронов - квантовой термодинамики. Зная эти механизмы можно создать наноструктурированную среду, позволяющую создать условия для пространственного управления движением электронов. Сочетание уникальной электро- и теплопроводности позволяет снять принципиальное ограничение, накладываемое законом Видемана-Франца на к.п.д. Тогда можно достичь плотность тока и удельную мощность порядка 10А/см2 и 10 Вт/см2 соответственно при перепаде температур от 1500К до 1000К.
Конструктивно ТЭГ с новыми наноструктурированными материалами будут незначительно отличаться от известных полупроводниковых или плазменных ТЭГ. Это может быть или плоская конструкция для облицовки камер сгорания или цилиндрическая коаксиальная, надеваемая на охлаждаемую зону обычных тепловых труб. При активной площади катода порядка 100 см2 общая мощность составит порядка 1 кВт на один элемент. Вес такого элемента составит порядка 1 кг.
Время непрерывной работы ТЭГ при температурах 1000-1500 К будет 10-30 тыс. часов при стоимости $50-$200 на 1 кВт электрической мощности.
Основываясь на предварительных исследованиях, мы приступили к разработке ТЭГ с к.п.д. 10-30%, использующих бросовые низкотемпературные источники энергии 300-500 К - “energy chip”. Такие “energy chip” можно использовать в мобильных телефонах, компьютерах и т.п. Они будут основным конкурентом источникам энергии на топливных элементах, на которые сейчас делается основная ставка как альтернатива аккумуляторных батарей."
"Сегодня достигнуты определенные практические успехи в области создания твердотельных термоэлектрических преобразователей. Например, фирма «Сool Chips» (BOREALIS) впервые показала возможность создания термоэлектрических преобразователей, изготовленных по нанотехнологиям (http://www.coolchips.gi). Она обещает довести эффективность аналогов элементов Пельтье до 70-80 %. Это фактически теоретический предел термоэлектрических преобразователей.
...
В нашем проекте термоэлектрические преобразователи на основе наноструктуованных материалов имеют эффективность порядка 70%, но работают непосредственно от сети (~127 или ~220 или ~380) без трансформаторов и гальванической развязки.
...
Нами были созданы наноструктурированные полупроводники с нетрадиционным механизмом электронной проводимости с s = 10 - 103 Ом-1 см-1. При этом теплопроводность материала является чисто решеточного типа и составляет l = 0.1 - 1.0 Вт/м*K. По существу, мы создали подобие некой электронной тепловой трубы, но в твердом - наноструктурированном - теле.
Сочетание уникальной электро- и теплопроводности позволяет снять принципиальное ограничение, накладываемое законом Видемана-Франца на к.п.д. в термоэлектрических холодильниках на основе эффекта Пельтье. При такой же электропроводности, как у лучших электрохолодильников на Bi:Te:Se, теплопроводность наноструктурированных полупроводников более чем в 10 раз меньше, что позволяет надеяться на получение эксергетического к.п.д. в диапазоне температур 100-300К до 70%.
Предварительные оценки дают, что на один кВт холодо-производительности потребуется 1-3 кг наноструктурированного материала при средней стоимости $100-$200 за 1 кг."
"Мы предлагаем новую технологию создания солнечных элементов с эффективностью до 70% при себестоимости в 2 раза ниже себестоимости их производства на аморфном кремнии. Наша технология использует наноструктурированные материалы и является конкурентноспособной гибким солнечным батареям на наностержнях из селенида кадмия (Берклиевский университет http://www.berkeley.edu/) или солнечным фотоэлементам из наночастиц селенида галлия, разработанных Dr.David Kelley (Канзасский университет).
...
Мы провели теоретические и экспериментальные исследования по созданию активных сред с оптимальными параметрами для получения фото ЭДС. В классических полупроводниках при использовании известных технологий не удается создать структуры с локальным управлением импульсов фото-электронов и дырок и получить к.п.д. больше 15-30%. При этом рабочие температуры таких фотоэлементов не превышают 100 С. Высокая себестоимость и низкие рабочие температуры и к.п.д. ограничивают широкое применение солнечных фотоэлементов из классических полупроводников как альтернативных источников энергии.
Мы предлагаем новый подход к созданию эффективных и дешевых солнечных фотоэлементов с к.п.д. 50-70%. Мы научились в фоточувствительном материале управлять импульсом фотоэлектрона. Локальные наноструктуры в фоточувствительном материале могут ориентировано спекаться в виде пленок толщиной до 10 мкм. Они наносятся на дешевую тонкую металлическую подложку, например, из фольги алюминия, меди, молибдена. На другую - освещаемую - сторону фоточувствительной пленки наносятся полупрозрачные электроды из оксидов индия и олова и непрозрачная металлическая сетка с большим шагом. При этом себестоимость солнечного фотоэлемента не превысит $0.2-$0.4 на ватт электрической мощности. Т.е. солнечная установка площадью 5-10 м2 стоимостью 2000-4000 долларов может полностью обеспечивать семью электроэнергией круглый год.
Так как фоточувствительные наноструктурированные фотоматериалы, применяемые нами, являются легированными широкозонными полупроводниками, то у них отсутствует механизм генерации тепловых носителей. Это дает возможность поднять их рабочую температуру вплоть до 200-4000С. Такая температура позволяет скомбинировать их с солнечными коллекторами для нагрева воды."
"Мы предлагаем новую технологию создания аккумулятора на основе конденсатора из наноструктурированного диэлектрика, с удельной емкостью 1.6 МДж/кг при обычных эксплуатационных температурах, и практически бесконечным циклом заряда/разряда - квантовый суперконденсатор. Удельная емкость такого аккумулятора будет в 2 раза выше лучших полимерно-литиевых аккумуляторов, не превысит их по себестоимости. Диапазон рабочих температур составит от -700С до 3000С. Срок непрерывной работы составит порядка 10- 30 лет.
Кроме того, предлагаемые аккумуляторы смогут полностью заменить все виды твердых химических источников тока (батарейки) одноразового действия и сэкономить огромные ресурсы материалов.
...
Мы отказались от стандартной схемы создания аккумуляторов и суперконденсаторв, где носителями заряда являются тяжелые ионы. Мы перешли к хранению легких электронов в конденсаторе на диэлектрике. Это позволило в тысячи раз увеличить удельную плотность тока.
Известные диэлектрики имеют e<=1000 и низкую напряженность электрического поля, что не позволяет получить высокую удельную плотность энергии. Увеличить удельную энергию можно двумя путями: либо увеличивая e, либо, что более эффективно, увеличивая напряженность поля E. Однако увеличение E приводит к необратимому пробою диэлектрика.
...
В этом направлении исследований проводились работы по изучению нового механизма накопления энергии во всем объеме твердых диэлектриков за счет управления механизмом пробоя и восстановления рабочих параметров материала диэлектрика. Для одновременного увеличения e и E исследовался новый механизм движения электронов в диэлектриках и полупроводниках с учетом пространственной структуры волны электрона, опубликованный в заявке РСТ BY 99/00012.
В результате наших исследований мы смогли определить новый класс наноструктурированных материалов со сверхбольшой диэлектрической проницаемостью e=2*106. Предварительные исследования показали обнадеживающие результаты. Мы видим реальную возможность создания конденсаторов с удельной емкостью до 1.6 МДж/кг и неограниченным циклом перезарядки. Это позволит решить проблемы солнечной энергетики, гибридного автомобиля и электромобиля, мобильной электроники."
http://www.ictt.by/NanoAdvertisment/pojectcomments.html
"Дальнейшее увеличение к.п.д. топливных элементов на углеводородном топливе невозможно.
...
Разработанные нами технологии “energy chip” позволяют создать термоэлектрические генераторы, в которых камера сгорания топлива отделена от источника электроэнергии. Это позволит использовать любой вид тепла для получения электрической энергии, в том числе природные источники тепла и атомную энергию. Также можно использовать любой вид углеводородных топлив в наиболее оптимальном режиме каталитического горения, что резко уменьшает загрязнение окружающей среды.
...
Наша технология основана на термоэлектронной генерации электричества. Так как электроны в тысячи раз легче ионов, то это позволяет получить большую плотность тока на единицу площади и меньшую теплопередачу. Они будут более компактными и обладать большим к.п.д. - до 70%.
...
Для создания конкурентоспособного ТЭГ с к.п.д. 50-70% мы должны изменить структуру среды переноса носителей заряда таким образом, чтобы при минимизации теплопроводности до l = 0.1 - 1.0 Вт/м*K. К получить электропроводность не менее s = 102 - 104 Ом-1 см-1. Получить такие параметры возможно только при учете квантовых эффектов взаимодействия фононов и электронов - квантовой термодинамики. Зная эти механизмы можно создать наноструктурированную среду, позволяющую создать условия для пространственного управления движением электронов. Сочетание уникальной электро- и теплопроводности позволяет снять принципиальное ограничение, накладываемое законом Видемана-Франца на к.п.д. Тогда можно достичь плотность тока и удельную мощность порядка 10А/см2 и 10 Вт/см2 соответственно при перепаде температур от 1500К до 1000К.
Конструктивно ТЭГ с новыми наноструктурированными материалами будут незначительно отличаться от известных полупроводниковых или плазменных ТЭГ. Это может быть или плоская конструкция для облицовки камер сгорания или цилиндрическая коаксиальная, надеваемая на охлаждаемую зону обычных тепловых труб. При активной площади катода порядка 100 см2 общая мощность составит порядка 1 кВт на один элемент. Вес такого элемента составит порядка 1 кг.
Время непрерывной работы ТЭГ при температурах 1000-1500 К будет 10-30 тыс. часов при стоимости $50-$200 на 1 кВт электрической мощности.
Основываясь на предварительных исследованиях, мы приступили к разработке ТЭГ с к.п.д. 10-30%, использующих бросовые низкотемпературные источники энергии 300-500 К - “energy chip”. Такие “energy chip” можно использовать в мобильных телефонах, компьютерах и т.п. Они будут основным конкурентом источникам энергии на топливных элементах, на которые сейчас делается основная ставка как альтернатива аккумуляторных батарей."
"Сегодня достигнуты определенные практические успехи в области создания твердотельных термоэлектрических преобразователей. Например, фирма «Сool Chips» (BOREALIS) впервые показала возможность создания термоэлектрических преобразователей, изготовленных по нанотехнологиям (http://www.coolchips.gi). Она обещает довести эффективность аналогов элементов Пельтье до 70-80 %. Это фактически теоретический предел термоэлектрических преобразователей.
...
В нашем проекте термоэлектрические преобразователи на основе наноструктуованных материалов имеют эффективность порядка 70%, но работают непосредственно от сети (~127 или ~220 или ~380) без трансформаторов и гальванической развязки.
...
Нами были созданы наноструктурированные полупроводники с нетрадиционным механизмом электронной проводимости с s = 10 - 103 Ом-1 см-1. При этом теплопроводность материала является чисто решеточного типа и составляет l = 0.1 - 1.0 Вт/м*K. По существу, мы создали подобие некой электронной тепловой трубы, но в твердом - наноструктурированном - теле.
Сочетание уникальной электро- и теплопроводности позволяет снять принципиальное ограничение, накладываемое законом Видемана-Франца на к.п.д. в термоэлектрических холодильниках на основе эффекта Пельтье. При такой же электропроводности, как у лучших электрохолодильников на Bi:Te:Se, теплопроводность наноструктурированных полупроводников более чем в 10 раз меньше, что позволяет надеяться на получение эксергетического к.п.д. в диапазоне температур 100-300К до 70%.
Предварительные оценки дают, что на один кВт холодо-производительности потребуется 1-3 кг наноструктурированного материала при средней стоимости $100-$200 за 1 кг."
"Мы предлагаем новую технологию создания солнечных элементов с эффективностью до 70% при себестоимости в 2 раза ниже себестоимости их производства на аморфном кремнии. Наша технология использует наноструктурированные материалы и является конкурентноспособной гибким солнечным батареям на наностержнях из селенида кадмия (Берклиевский университет http://www.berkeley.edu/) или солнечным фотоэлементам из наночастиц селенида галлия, разработанных Dr.David Kelley (Канзасский университет).
...
Мы провели теоретические и экспериментальные исследования по созданию активных сред с оптимальными параметрами для получения фото ЭДС. В классических полупроводниках при использовании известных технологий не удается создать структуры с локальным управлением импульсов фото-электронов и дырок и получить к.п.д. больше 15-30%. При этом рабочие температуры таких фотоэлементов не превышают 100 С. Высокая себестоимость и низкие рабочие температуры и к.п.д. ограничивают широкое применение солнечных фотоэлементов из классических полупроводников как альтернативных источников энергии.
Мы предлагаем новый подход к созданию эффективных и дешевых солнечных фотоэлементов с к.п.д. 50-70%. Мы научились в фоточувствительном материале управлять импульсом фотоэлектрона. Локальные наноструктуры в фоточувствительном материале могут ориентировано спекаться в виде пленок толщиной до 10 мкм. Они наносятся на дешевую тонкую металлическую подложку, например, из фольги алюминия, меди, молибдена. На другую - освещаемую - сторону фоточувствительной пленки наносятся полупрозрачные электроды из оксидов индия и олова и непрозрачная металлическая сетка с большим шагом. При этом себестоимость солнечного фотоэлемента не превысит $0.2-$0.4 на ватт электрической мощности. Т.е. солнечная установка площадью 5-10 м2 стоимостью 2000-4000 долларов может полностью обеспечивать семью электроэнергией круглый год.
Так как фоточувствительные наноструктурированные фотоматериалы, применяемые нами, являются легированными широкозонными полупроводниками, то у них отсутствует механизм генерации тепловых носителей. Это дает возможность поднять их рабочую температуру вплоть до 200-4000С. Такая температура позволяет скомбинировать их с солнечными коллекторами для нагрева воды."
"Мы предлагаем новую технологию создания аккумулятора на основе конденсатора из наноструктурированного диэлектрика, с удельной емкостью 1.6 МДж/кг при обычных эксплуатационных температурах, и практически бесконечным циклом заряда/разряда - квантовый суперконденсатор. Удельная емкость такого аккумулятора будет в 2 раза выше лучших полимерно-литиевых аккумуляторов, не превысит их по себестоимости. Диапазон рабочих температур составит от -700С до 3000С. Срок непрерывной работы составит порядка 10- 30 лет.
Кроме того, предлагаемые аккумуляторы смогут полностью заменить все виды твердых химических источников тока (батарейки) одноразового действия и сэкономить огромные ресурсы материалов.
...
Мы отказались от стандартной схемы создания аккумуляторов и суперконденсаторв, где носителями заряда являются тяжелые ионы. Мы перешли к хранению легких электронов в конденсаторе на диэлектрике. Это позволило в тысячи раз увеличить удельную плотность тока.
Известные диэлектрики имеют e<=1000 и низкую напряженность электрического поля, что не позволяет получить высокую удельную плотность энергии. Увеличить удельную энергию можно двумя путями: либо увеличивая e, либо, что более эффективно, увеличивая напряженность поля E. Однако увеличение E приводит к необратимому пробою диэлектрика.
...
В этом направлении исследований проводились работы по изучению нового механизма накопления энергии во всем объеме твердых диэлектриков за счет управления механизмом пробоя и восстановления рабочих параметров материала диэлектрика. Для одновременного увеличения e и E исследовался новый механизм движения электронов в диэлектриках и полупроводниках с учетом пространственной структуры волны электрона, опубликованный в заявке РСТ BY 99/00012.
В результате наших исследований мы смогли определить новый класс наноструктурированных материалов со сверхбольшой диэлектрической проницаемостью e=2*106. Предварительные исследования показали обнадеживающие результаты. Мы видим реальную возможность создания конденсаторов с удельной емкостью до 1.6 МДж/кг и неограниченным циклом перезарядки. Это позволит решить проблемы солнечной энергетики, гибридного автомобиля и электромобиля, мобильной электроники."