前瞻技術脈動：能源技術（202420）
科技產業資訊室(iKnow) - 技術發展藍圖研析團隊 發表於 2024年12月20日
圖、前瞻技術脈動：能源技術（202420）
研究通過聲波測試使太陽能電池更便宜
III-V族太陽能電池雖然效率極高，但其高昂的成本限制了在太空應用中的普及，例如用於衛星供電。要推廣其在地面上的應用，降低製造成本被視為關鍵，其中一種可行的策略是實現基質的重複使用，以支持細胞生長。
美國能源部國家可再生能源實驗室(NREL)科學家領導的研究，聲波可以在使III-V族太陽能電池更便宜地應用於地球上方面發揮作用。在一種稱為聲剝落的新工藝中使用聲波，有可能顯著降低此類高效太陽能電池的製造成本。研究人員表示這對於基板的再利用來說是非常有前景的。現有技術使用犧牲蝕刻層，允許將電池從砷化鎵(GaAs)基板上剝離，以便再次使用基板，但該過程需要數小時，並且會留下需要拋光步驟的殘留物。拋光相對昂貴並且限制了這種襯底再利用方法的潛在成本節約。
相比之下，剝落需要幾秒鐘時間，在基材內產生幾乎平行於其表面的受控斷裂。這種斷裂使得電池可以輕鬆移除，從而從基板內部露出一個新的、無污染物的表面，無需拋光。標準 GaAs 層的剝落會在基板上產生相對較大的刻面，會消耗額外的材料，並可能需要在基板重新使用前進行平坦化（通過拋光或其他方法）。這項最新進展使用聲學剝落或聲波來控制斷裂，抑制刻面的形成，並提高基材的平整度。
參考資料：Research puts sound waves to test in making solar cells cheaper. phys.org. 2023/07/20.
來自煤炭的更好的微電子產品
化石燃料的使用導致氣候變遷，因此必須重新思考煤炭的利用方式。一種創新方法是將煤炭用於製造原子級的二維非晶碳薄膜，作為二維電晶體和憶阻器的材料，實現更高效且可持續的應用。
伊利諾大學香檳分校、美國能源部國家實驗室、橡樹嶺國家實驗室和台積電的研究合作團隊成功利用煤炭製造出原子級的極薄碳材料，這種原子級的碳材料可用來製造二維電晶體和憶阻器，前者的漏電流極小，後者在資料儲存的可靠度極高，因此具有顯著的性能優勢。這項研究表明，透過創新的加工技術，煤炭可以轉化為高純度的材料，應用於高效能電子裝置中，為煤炭的經濟價值產生新的可能性，本研究成果已發表於《Communications Engineering》期刊。
參考資料：Better microelectronics from coal. TechXplore. 2024/01/03.
應用等離子體技術更有效地萃取鋰
在含有鋰鹽（鋰與氯之間形成鍵）的鹽水中，鋰的提取率較低。為提高鋰的萃取效率，可利用二氧化碳微波等離子體技術，將二氧化碳電離至等離子體狀態，從而提升鋰的提取效果。
最近的研究提出了一種透過應用等離子體技術來提取鋰的改進方法。韓國聚變能源研究所(KFE)的研究人員透過應用 CO 2微波等離子體技術，成功地將鋰萃取率比現有方法提高了三倍。KFE的研究人員利用二氧化碳微波等離子體技術，將二氧化碳電離成等離子體狀態，以提高鋰萃取率。直接注入二氧化碳氣體的鋰萃取率為10.3%，而在使用二氧化碳等離子體的實驗中，鋰萃取率達到了27.87%。從海水中獲得的鋰是聚變能發電的重要組成部分，我們將繼續對聚變能開發和聚變能燃料獲取進行研究。
參考資料：Applying plasma technology for more effective lithium extraction. TechXplore. 2024/02/16.
新型鋰離子導體的發現為永續電池開闢了新方向
尋找高性能無機晶體固態鋰離子電解質仍是推動新一代電池技術發展的重要挑戰。為了解決這一問題，可結合人工智慧、基於物理的計算方法與化學專業知識，在實驗室中設計並合成具備快速鋰離子導電性的固態材料。
由University of Liverpool研究團隊發表於《Science》期刊的研究成果指出，該團隊發現了一種具有快速鋰離子導電性的固態材料，對於電動汽車和電子設備中的充電電池至關重要。由無毒、產量豐富的元素組成，該材料的高鋰離子導電性可取代當前鋰離子電池技術中的液態電解質，提高安全性和能源容量。研究團隊使用人工智慧、基於物理的計算及化學專業知識，在實驗室中設計和合成了該材料。該研究是由Engineering and Physical Sciences Research Council、Leverhulme Trust和Faraday Institution資助。(1402字；圖1)
參考資料：Discovery of new Li ion conductor unlocks new direction for sustainable batteries. Science Daily.
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