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美研制能自我修復(fù)的太陽能電池 !

鉅大LARGE  |  點擊量:930次  |  2019年05月28日  

據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)1月5日(北京時間)報道,美國研究人員正在研制一種新式太陽能電池,通過使用碳納米管和DNA等材料,該電池能像植物體內(nèi)天然的光合作用系統(tǒng)一樣進(jìn)行自我修復(fù),從而延長電池壽命并減少制造成本。

據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)1月5日(北京時間)報道,美國研究人員正在研制一種新式太陽能電池,通過使用碳納米管和DNA等材料,該電池能像植物體內(nèi)天然的光合作用系統(tǒng)一樣進(jìn)行自我修復(fù),從而延長電池壽命并減少制造成本。

光電化學(xué)電池可將太陽光轉(zhuǎn)化為電力,使用能導(dǎo)電的電解液運(yùn)送電子并制造出電流。傳統(tǒng)光電化學(xué)電池一個最大弊端是其內(nèi)吸收光線的染料難以更新,新技術(shù)通過不斷用新染料替換被光子破壞的染料從而解決了這個問題。

新設(shè)計利用了單壁碳納米管非同尋常的電學(xué)特性。碳納米管可包含一層到上百層石墨片,只有一層石墨片的稱為單壁碳納米管,其管徑約1.5納米左右,是一種非常理想的納米通道,一根開口的單壁碳納米管可以被用作“電動馬達(dá)”和“發(fā)電機(jī)”。科學(xué)家在實驗中將單壁碳納米管用作“捕光電池中的分子電線”。研究人員解釋說,在新電池中,碳納米管的主要功能是固定DNA片段。科學(xué)家也對DNA進(jìn)行編程,讓其具有核苷酸所擁有的特定序列,使其能識別并且依附染料。一旦DNA識別出染料分子,系統(tǒng)就開始自我組裝,完成染料更新,就像植物體內(nèi)時時刻刻都在進(jìn)行的自我再生。

基于這種想法研制的革新性光電化學(xué)電池,只要不斷向其中添加新染料,就能開足馬力繼續(xù)工作。而通過化學(xué)過程或通過增加具有不同核苷酸序列的新DNA片段,擊落舊染料分子,接著朝其中添加新染料分子,就可實現(xiàn)染料的新舊更替。

這項模擬自然界中自我修復(fù)機(jī)制的技術(shù)有兩個關(guān)鍵點:分子識別和該系統(tǒng)持續(xù)被溶解和重組的穩(wěn)定性。

領(lǐng)導(dǎo)這種新式電池研制的美國普渡大學(xué)機(jī)械工程學(xué)助教崔宗獻(xiàn)(音譯)表示:“現(xiàn)在,我們已經(jīng)使用光學(xué)納米材料制造出了一種人工光合作用系統(tǒng),新系統(tǒng)可以捕獲太陽能,并將其轉(zhuǎn)化為電能。新方法將來可以進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。”

之前其他研究曾使用從細(xì)菌中提取出來的生物載色體取代染料,而崔宗獻(xiàn)表示,使用天然載色體非常困難,其必須被捕獲并同細(xì)菌隔離開,而且其工業(yè)化生產(chǎn)也非常昂貴。因此,崔團(tuán)隊在新試驗中沒有使用生物載色體,而是使用染料卟啉制成的人工載色體。

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