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      【材料日報】新型氫氣傳感器,“神奇”合金與太陽能電池,用于產業的燃料電池系統

      2018-03-17 標簽: 太陽能

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      [導讀] 爭取在2020年以后燃料電池汽車(FCV)和加氫站等氫市場擴大時實現實際應用.2密歇根大學:“神奇”合金激發下一代太陽能電池...


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      日本東芝開發兼具快速檢測和

      低耗電性能的氫氣傳感器



      2017年6月20日,日本株式會社東芝(以下簡稱“東芝”)宣布成功開發出一種氫氣傳感器,可在不下降檢測速度的前提下,將耗電下降到之前的約1/100以下


      為了避免地球繼續變暖,現在全球都在加緊開發可以完成氫社會的技能。但是,氫氣作為一種可燃氣體,為了保證其使用時的安全,必須在發作走漏時及時快速地檢測到,為此目前非常需要能夠快速檢測的氫氣傳感器。


      另外,雖然氫氣傳感器靠電池驅動可以方便其安裝在各種場合使用,但是要依靠電池電力隨時進行氫氣檢測,必須要盡量降低氫氣傳感器的耗電。然而,由于傳統的氫氣傳感器在進行感應時往往需要通過加熱器進行加熱,所以其耗電大(數十毫瓦~數瓦)一直是個亟待解決的問題。若想提升傳感器的檢測速度,則需要頻繁地加熱,因此,傳感器的檢測速度和耗電性能之間其實存在一種此消彼長的權衡(trade-off)關系


      為此,東芝應用其在半導體領域中培養的加工技術,開發了一種其獨有的、在傳感器薄膜上運用鈀類金屬玻璃的MEMS結構,成功使傳感器兼具了快速檢測和低耗電特性。東芝此次開發的氫氣傳感器中使用了無需一直加熱便可檢測氫氣的、低耗電、容量型MEMS結構,因此可以在之前約1/100的耗電量——100μW級別下進行工作。另外,該傳感器還可在半導體生產線上進行生產,所以能夠實現低成本量產


      東芝表示,他們今后將繼續以此次成果為基礎,進一步優化傳感器的結構和生產工藝,爭取在2020年以后燃料電池汽車(FCV)和加氫站等氫市場擴大時實現實際應用。



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      密歇根大學:

      “神奇”合金激發下一代太陽能電池研究


      2017年6月15日,密歇根大學的研究人員開發了一種新的半導體合金,可以捕獲近紅外光,該項研究朝著稱為“集中器光伏電池”的下一代太陽能電池邁出了一大步。



      這種新材料更容易制造,成本至少低25%,并被認為是世界上最具成本效益的材料,可捕獲近紅外光,且與砷化鎵半導體相兼容


      “集中器光伏電池”收集并將陽光聚焦到由砷化鎵或鍺半導體制成的小型高效太陽能電池上。該技術有望實現50%以上的效率,而傳統的平板硅太陽能電池已經接近了其效率極限。


      目前市面存在多種“集中器光伏電池”,其由三種不同的半導體合金制成,并層疊在一起。以分子束外延的方法噴涂到半導體晶片上,每層只有幾微米厚。不同的層可以捕獲太陽光譜的不同部分,通過上一層的光被下一層捕獲。


      但是,通過這些電池的近紅外光則不被利用。多年來,研究人員一直致力于研究一種難以捉摸的“第四層”合金,其可以夾在電池中并捕獲近紅外光。目前對這種合金的要求很高,其必須具有成本效益、穩定、耐用以及對紅外光敏感等特點,且原子結構需要與太陽能電池中其他三層相匹配。


      集合所有正確的變量并不容易,到現在為止,研究人員一直堅持使用五種元素或更多元素的昂貴的配比才能滿足要求。為了找到一個更簡單的配比,Goldman的團隊設計了一種新穎的方法用于保持該過程中的許多變量。研究團隊發現略有不同的砷分子將更有效地與鉍配對。其能夠調整混合物中氮和鉍的量,使其能夠消除以前配比所需的額外制造步驟。此外,研究團隊確定了正確的溫度,使元素能夠順利混合并牢固地粘貼到基材上

      研究的進步來自Goldman實驗室的另一項創新,其簡化了用于調整砷化鎵半導體中化學層電性能的摻雜工藝。在摻雜過程中,研究人員應用了稱為“規劃雜質”的化學混合物,以改動半導體的導電功能,并賦予其類似于電池電極的正負極性,一般負極側的是硅,正極側的則是鈹。


      鈹的應用是一個問題,其具有毒性,成本極高。鈹對熱靈敏,這約束了制作工藝的靈活性。但是,研究團隊發現,通過將砷含量降低到以前被認可的程度,其可以“翻轉”硅摻雜劑的極性,從而使其在正負極兩側都可以使用更便宜、更安全的元素。


      改進后的摻雜工藝和新的合金可以使“集中器光伏電池”中使用的半導體生產成本低30%,這是使高效電池實現大規模發電的重要一步。




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      日本京瓷公司開發用于產業的燃料電池系統


      2017年6月15日,日本京瓷公司宣布開發出業界首例用于產業的廢熱發電型固態氧化物型燃料電池系統(以下簡稱SOFC系統),并將于7月份接受訂單。


      此次開發的SOFC系統發電輸出為3kW,發電效率為業界最高的52%,含排熱利用(熱水)綜合效率為90%,實現高節能性,環保性。在作為發電心臟部的電池堆,采用了用于家用燃料電池ENE·FARM S(700W)的小型、高效、高耐久電池堆(住友電工產品)。發電時通過可以將高溫排熱有效利用的機器設計,實現高效率系統。


      往后,住友電工公司將聯合燃氣工作從業者,以小規模餐飲業及福利設備等為中心,推銷SOFC體系。

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      3kW-SOFC系統概要:

      發電輸出(AC):3kW

      額定發電效率:52.0%(LHV,初期値)

      額定綜合效率:90.0%(LHV,初期値)

      尺寸:W 1150mm,D 675mm,H 1690mm

      重量:375kg

      燃氣類型:都市燃氣13A

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      產品特點:


      1.業界最高發電效率52%

      SOFC體系搭載了四臺用于家用燃料電池ENE?FARM S型(700W)的小型、高效、高耐久電池堆,構成3kW發電輸出。經過將發電時產生的高溫排熱有用使用的機器規劃,成功開發高效率體系。發電效率達到業界最高的52%,綜合效率達到90%,實現高節能性和環保性。


      2.結合電力需求,能夠進行負荷追尋轉移

      SOFC系統根據電力使用量,可以對電力輸出進行變動。通過3kW的額定連續運轉,在活用基礎電源的基礎上,活用調整電源。



      * 本文系天津研究院獨家編輯,如需轉載請注明出處






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