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前瞻技術脈動：能源技術（202406）

關鍵字：氫燃料電池；白銀；鉑族金屬；比爾蓋茲；再生能源；風能；新型風機；奈米流體技術；庫倫拖曳(Coulomb drag)；離子；生物醫學感測；奈米流體學；太陽能電池；能源轉型；背接觸(back-contact )微米太陽能電池；
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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3月22日
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圖、前瞻技術脈動：能源技術（202406）
 
研究人員的目標是使更便宜的燃料電池成為現實
美國SLAC國家加速器實驗室和史丹佛大學聯合SUNCAT界面科學與催化中心的副科學家Michaela Burke Stevens表示：「氫燃料電池在能量儲存和轉換方面確實具有巨大的潛力，它可以使用氫作為汽油等的替代燃料。但運行燃料電池仍然相當昂貴。」研究人員透過用更便宜的替代品白銀部分取代鉑族金屬來平衡成本。但真正的關鍵是簡化將催化劑添加到電池電極上的化學配方。科學家通常將催化劑混合到液體中，然後將其鋪展到網狀電極上，但這些催化劑配方在不同的實驗室環境中使用不同的工具並不總是以相同的方式發揮作用，這使得將工作轉化為現實世界的應用變得困難。兩個團隊共同發現，透過用更便宜的銀取代以前催化劑中使用的一些鉑族金屬，他們能以低得多的價格實現同樣有效的燃料電池。現在他們有了一種行之有效的催化劑開發方法，他們可以開始測試更雄心勃勃的想法。
參考資料：Researchers aim to make cheaper fuel cells a reality. Techxplore, 2023/11/13.

比爾蓋茲支持的新型風機設備，預計成本為傳統水平軸風機的1/3
美國能源新創公司Airloom開發出一種完全不同於傳統風機造型的橢圓軌道風機，可能顯著改變再生能源的格局，大幅降低風力發電成本。已經獲得比爾蓋茲的Breakthrough Energy Ventures fund投入美金4百萬種子基金的支持。傳統風力渦輪機龐大尺寸增加了各階段成本：材料、製造、運輸、建設和維護，長葉片、高塔結構和龐大發電機開支巨大。Airloom將所有部分變小並接近地面。其設置採用25米高柱支撐橢圓形軌道，每隔10米設有風葉片，並通過電纜連接。這些葉片在軌道上收集風能，長邊設計最大程度捕捉風力，短邊讓葉片轉向。全長葉片每轉兩次短暫停頓，使得成本大幅降低。Airloom承諾成本將是傳統風輪機的1/3，20 MW風電場設備成本不到600萬美元，並將風能等化成本大幅降低至每度(kWh)電1.3美分。這項設計也減少視覺干擾，可適用更多場地，並能水平擴展。他們已有小型原型機，將使用種子資金進行50 kW測試，並計畫投入商業化及進一步擴展。
參考資料：Bill Gates backs novel device promising wind energy at 1/3 the cost. NEW ATLAS, 2023/11/07.

利用海洋的潛在能源：新型奈米裝置將海水轉化為電能
由Jean-Pierre Leburton領導的伊利諾大學香檳分校的研究團隊發表於《Nano Energy》期刊的研究指出，該團隊開發的奈米裝置能利用海水和淡水間的鹽度差異產生電能。此裝置使用奈米流體技術將離子流轉化為可用的電能。當鹽度不同的海水和淡水相遇時，該裝置利用「庫倫拖曳」（Coulomb drag）現象，即當離子通過裝置中的狹窄通道時，電力作用使得裝置中的電荷從一側移動到另一側，產生電壓和電流。研究結果顯示，不論電荷間的電力作用是引力還是排斥，該裝置都能有效運作。此外，該技術不受通道配置和材料影響，只要通道直徑狹窄到可以確保離子和電荷之間的距離接近即可。研究團隊目前正在為研究發現申請專利。雖然該技術目前還處於概念階段，但已展現出在能源應用方面的潛力，並可應用於生物醫學感測和奈米流體學等領域。
參考資料：Harnessing the Sea's Hidden Energy: New Nano-Device Turns Seawater Into Electricity. SciTechDaily, 2023/11/23.

太陽能電池製造的革命性突破
更小型、更便宜、更強大的太陽能電池將為許多科技應用領域帶來進一步變革。背接觸(back-contact )微米太陽能電池的尺寸僅為一根頭髮厚度的兩倍，可減少95%電極引起的陰影，並可能降低高達3倍的能源生產成本。

渥太華大學的研究人員表示：「這一技術突破具有巨大潛力，將帶來顯著的社會利益。價格更低、更強大的太陽能電池將有助於加速能源轉型。輕量級核電池將促進太空探索，而設備的微型化將促進物聯網的發展，並有助於開發更強大的電腦和智慧型手機。」此微米級太陽能電池的製造過程係由渥太華大學、魁北克的謝布魯克大學和法國格勒諾布爾的微電子技術實驗室共同合作，並將研究成果發表於《Cell Reports Physical Science》期刊。(1398字；圖1)
參考資料：Revolutionary breakthrough in the manufacture of photovoltaic cells. ScienceDaily, 2023/11/22.


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