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前瞻技術脈動：能源技術（202412）

關鍵字：奈米發電器；能源產生器；太陽能電池材料；鈣鈦礦晶體；LiCoO2；鋰離子電池；GenX；地熱；碳中和電力；
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科技產業資訊室 - 技術發展藍圖研析團隊 發表於 2024年8月2日
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圖、前瞻技術脈動：能源技術（202412）
 
「發電植物」透過其葉片上的風和雨發電
儘管迄今為止已探索了各種能源收集器，但它們的輸出對於驅動感測器網路等低能耗電子設備仍然不足。開發一種實驗性的「發電植物」，可利用風和雨產生電力，間歇性為10盞LED燈提供足夠的電力。由Northeastern University研究團隊發表於《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》期刊的研究成果指出，該團隊開發了一種實驗性的「發電植物」，可利用風和雨產生電力。該人工植物整合了兩種能源收集器：摩擦起電奈米發電器(TENG)和基於雨滴的能源產生器(DEG)。TENG包含了一層尼龍奈米纖維夾在聚四氟乙烯層間，當風吹動樹葉時，聚四氟乙烯和尼龍層會互相擠壓和分離，產生靜電，然後由銅電極轉換成電力。另外，DEG則是透過雨滴落在其上時產生的力量發電。到目前為止的測試中，當一個包含兩種類型能源收集器的人工植物，暴露於模擬自然風和雨的條件下，能間歇性地為10盞LED燈提供足夠的電力。研究團隊表示，該技術可擴大規模以提高輸出，或將多個較小的發電植物連接在一起形成網路。
參考資料："Power plant" generates electricity via the wind and rain on its leaves, New Atlas. 2024/01/22.

X射線照亮太陽能電池材料穩定性的前景
當前太陽能電池面臨的問題之一是材料穩定性，尤其在紫外線(UV)照射下，容易劣化其效能，使用先進光子源(APS)的X射線螢光分析儀。隸屬於美國能源部的阿貢國家實驗室(Argonne National Laboratory)，其研究團隊觀察了不同鈣鈦礦晶體在紫外線(UV)照射下離子遷移的方式，期望能夠提高太陽能電池的使用壽命，使其能更實用。當前，鈣鈦礦太陽能電池因其高效能轉換和相對低成本而引起廣泛關注，但其穩定性問題一直是需要解決的關鍵問題。透過使用APS的X射線螢光分析儀，研究團隊可掌握鈣鈦礦材料中的離子遷移現況，有助於改進其穩定性，增進太陽能電池的性能和可靠性，相關研究結果已經在《Joule》期刊上發表。
參考資料：X-rays light the way to more stable solar cell materials, TechXplore. 2024/01/23.

為未來提供動力：釋放氫在鋰離子電池中的作用
LiCoO2在室溫下透過水分解產生氫氣的過程儲存氫氣方面具有重要作用。鋰離子電池脫穎而出，成為當今時代最受歡迎的可充電電池技術之一。在這些電池中，鋰鈷氧化物（LiCoO2）被廣泛用作正極或陰極（電流進入或離開物質的導體）的材料。陰極在鋰離子電池中起著關鍵作用，影響其容量、多次充放電循環的性能以及熱量管理能力。導致這些電池劣化的一個主要問題是透過水的分解來產生氫氣。因此，深入了解 LiCoO2中氫的形成和去除方式可以大大提高固態鋰離子電池的效率和功能。該研究旨在探索LiCoO2材料如何儲存和釋放氫，並確定LiCoO2結構中捕獲氫最穩定的位置。這是使用各種分析技術完成的，包括重量增加和彈性反沖檢測方法。研究團隊發現，在特定溫度下將材料浸入水中兩分鐘後，氫濃度增加。結果顯示LiCoO2在室溫下透過水分解產生氫氣的過程儲存氫氣方面具有重要作用。
參考資料：Powering the future: Unlocking the role of hydrogen in lithium-ion batteries, TechXplore. 2024/01/26.

研究凸顯地熱有產生碳中和電力的潛質
欲以地熱能源作為電力替代方案，使用名為GenX的最佳化模型，預測電力需求、發電和儲能。普林斯頓大學的ZERO實驗室和EGS開發公司Fervo Energy的研究團隊進行了一項研究，探討增強型地熱系統(EGSs)對減少發電碳排放的潛在影響。研究團隊使用名為GenX的最佳化模型，並模擬了EGS的靈活運作，評估其在西部美國的地熱能源長期運作的效果。研究中發現，EGS的靈活運作不僅提高了地熱能的可靠性，還能更有效地儲存能量，有助於減少發電碳排放的成本，相關研究成果已發表在《Nature Energy》期刊。(1268字；圖1)
參考資料：Study highlights the potential of geothermal power for decarbonizing electricity, TechXplore. 2024/01/30.

 
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