Ha azt mondtam neked, hogy tudsz napenergiát termel az esővelhogy maradnál? Tudjuk, hogy az időjárási viszonyok, például az eső és a felhős napok jelentősen befolyásolják a Fotovoltaikus cellák, csökkentve annak hatékonyságát. A közelmúlt újításai azonban azt ígérik, hogy megváltoztatják ezt a valóságot, és a legmeglepőbb az, hogy ezek felhasználásán alapulnak grafén, egy olyan anyag, amely több ágazatot is forradalmasít, beleértve a napenergiát is.
Esős vagy felhős napokon, amikor a napsugárzás alacsonyabb, a fotovoltaikus napelemek nem tudnak annyi energiát termelni, mint egy napsütéses napon. Mindig is ez volt a napenergia fő kihívása a világ számos régiójában. Azonban egy kínai tudóscsoport az élén Qunwei Tang fejleszti a forradalmi napelem mi lehet esőben is áramot termelnek.
Grafén: meglepő anyag
A grafén egy anyag, amelyből áll szénatomok hatszögletű szerkezetbe szerveződik, hasonlóan a grafithoz. Mindazonáltal az különbözteti meg, hogy mindössze egy atom vastagságú, így az egyik legkönnyebb és legerősebb ismert anyag. Pontosabban, az 200-szor erősebb, mint az acél, finomabb, mint az emberi haj, emellett kiváló elektromos és hővezető képességgel rendelkezik.
Számos tulajdonsága a jövő anyagává tette. Nem csak könnyű és tartós, de nagy kapacitással is rendelkezik elektromos áramot vezetni. Képes áramot termelni, ha napfény éri, és akkor is, ha az esőcseppekben található ionos részecskéknek van kitéve. Ez teszi a tökéletes anyag napelemekhez amelyek nem kizárólag a közvetlen napsugárzástól függenek.
Hogyan működnek a grafén napelemek?
A működési elve a napelemek grafénnel Tényleg zseniális. Ezek a panelek grafénréteggel rendelkeznek, amely érintkezéskor a az esővízben jelen lévő ionok, mint a nátrium, kalcium és ammónium, kémiai reakciót vált ki, amely kihasználja a potenciálkülönbséget. Ezek az ionok kölcsönhatásba lépnek a grafén szabad elektronjaival, így az úgynevezett álkondenzátorok. Amikor esőcseppek hullanak a panel felületére, a grafén és a víz közötti eltérő töltésnek köszönhetően kis mennyiségű elektromosság keletkezik.
Ez a folyamat meglepően hatékonyan alakítja át a az esővíz potenciális energiája az elektromos energiában. Bár a teljesítmény még mindig viszonylag alacsony a hagyományos fotovoltaikus cellákhoz képest, már az is nagy előnyt jelent, hogy kedvezőtlen időjárási körülmények között is lehet áramot termelni.
Ezenkívül a grafén nemcsak esőben javítja az elektromos áramtermelést, hanem kimutatták, hogy képes arra is a napelemek hatékonyságának növelése ha közvetlen napsugárzásnak van kitéve. Ennek az az oka, hogy további reakciókat tud generálni, amikor a fotonok elérik a felületét, így ez egy hihetetlenül sokoldalú anyag.
Lewis sav-bázis reakció
Az a jelenség, ami akkor következik be, amikor eső ér egy grafénnel borított napelemet, nem más, mint a Lewis sav-bázis reakció. Az esőcseppek szennyeződéseket, például sókat és ionokat tartalmaznak, amelyek potenciálkülönbséget okoznak a grafénnel szemben.
Kettős ionréteg keletkezik: az esővízben jelenlévő pozitív ionok (például nátrium, kalcium és ammónium) a grafénréteghez tapadnak. Ennek eredményeként egyfajta mikromotor keletkezik, amely átalakítja a teljesítmény különbség esővíz és grafén között elektromos árammá. Ez az elektroncsere az, ami elektromosságot termel, még felhőszakadás idején is.
Ígéretes eredmények és még hátralévő kihívások
Bár a technológia a grafén napelemek már azt ígéri, hogy forradalmasítja az energiaszektort, a kihívások még mindig jelen vannak. Jelenleg ezeknek a celláknak a teljesítménye a körül forog 6.5%, meglehetősen alacsony érték a hagyományos napelemek szilícium, amelyek hatékonysága a 20-22% napsütéses napokon.
Ami azonban igazán innovatív ebben a technológiában, az az, hogy esős vagy felhős napokon is képes áramot termelni, ami a hagyományos paneleknél lehetetlen. Ezenkívül a tudósok a graféncellák hatékonyságának javításán dolgoznak, és várhatóan a jövőben ugyanolyan hatékonyak lehetnek, mint a jelenlegi fotovoltaikus cellák, ha nem még többet. Amikor ez megtörténik, a napenergia életképes megoldássá válik a világ túlnyomórészt nedves vagy esős éghajlatú régióiban.
Az esőben való működés mellett a fejlesztés a grafén alapú szuperkondenzátorok Ez egyben utat nyit a hatékonyabb energiatárolás felé is. Ez azt jelentené, hogy a csapadék során keletkező energiát későbbi felhasználás céljából el lehetne tárolni, tovább növelve ennek a technológiának az életképességét.
Lehetséges alkalmazások világszerte
A fejlesztés a napelemek grafénnel Különösen ígéretes a túlnyomórészt esős éghajlatú régiókban, mint például Délkelet-Ázsia, egyes európai országok és az Egyesült Államok északkeleti része. Ezeken a területeken, ahol a napsütéses napok száma korlátozott, ez a technológia költséghatékony és környezetbarát megoldást kínálhat az energiatermelésre.
Ugyanígy ezeknek a paneleknek a környezeti hatása is lényegesen kisebb, mivel a grafén ökológiai, bőséges anyag, alacsony előállítási költséggel. Előállításuk kevesebb energiát igényel, mint a hagyományos szilícium panelek, és hosszú távon csökkenthetik a fosszilis tüzelőanyagoktól való függőséget.
A napenergia terén elért folyamatos fejlődésnek köszönhetően a közeljövőben olyan világot láthatunk, ahol nemcsak napsütéses napokon, hanem esőben is keletkezik energia, így az esős nap már nem akadályozza a termelést. a tiszta és fenntartható energia.