研究人員發(fā)現(xiàn)一種在碳納米墻中嵌入鈉的合成方法，可用于打造提高太陽能電池轉(zhuǎn)換效率的鈉嵌入電極。
由密歇根理工大學(xué)材料科學(xué)與工程系教授Yun Hang Hu領(lǐng)的研究團(tuán)隊打造出一種在碳納米墻中嵌入鈉的合成方法，讓以往僅限于理論層次的途徑化為現(xiàn)實。
無固定形態(tài)的碳具有低導(dǎo)電且表面積大的特性；另一方面，石墨雖然導(dǎo)電性高但表面積小。3D石墨烯則兼具這兩種特性的優(yōu)點，而密歇根理工大學(xué)研究人員最新發(fā)現(xiàn)的這種鈉嵌入碳還更具優(yōu)勢。
“鈉嵌入碳的導(dǎo)電率比3D石墨烯更高兩個數(shù)量級，”Hu說。“具有所有通道和孔隙的納米墻結(jié)構(gòu)也具有與石墨烯相當(dāng)?shù)妮^大表面積。”
這和金屬摻雜的碳是不一樣的，因為這種方式的金屬僅存存在碳表面上，而且相當(dāng)易于氧化；但在實際的碳結(jié)構(gòu)中嵌入金屬則有助于保護(hù)它。為了制造這種材料，研究人員們必須創(chuàng)造出新的制程。他們在鈉金屬和一氧化碳之間導(dǎo)入一種溫度控制反應(yīng)，打造出可擷取鈉原子的黑色碳粉末。密歇根理工大學(xué)的研究人員并與德州大學(xué)奧斯汀分校(University of Texas at Austin)合作，展示在碳結(jié)構(gòu)中嵌入鈉，以取代其附著于碳表面的方式。接著，研究人員并以多種能源組件測試這種材料。
在染料敏化太陽能電池領(lǐng)域，每1/1,000的數(shù)量就使組件更具效率與商用可行性。在此研究中，這些鉑基太陽能電池達(dá)到了7.89%的電源轉(zhuǎn)換效率，相當(dāng)于一般的標(biāo)準(zhǔn)。相形之下，如果太陽能電池采用研究人員開發(fā)的鈉嵌入碳材料，則能達(dá)到11.03%的效率。
每百分之十的數(shù)量使得器件更有效和更具商業(yè)可行性。在研究中，鉑基太陽能電池達(dá)到7.89％的功率轉(zhuǎn)換效率，這被認(rèn)為是標(biāo)準(zhǔn)的。相比之下，使用胡氏鈉嵌入碳的太陽能電池的效率為11.03％。
相較于充電電池，超級電容能夠更快地接受和傳遞電荷，是汽車、火車、電梯以及其他重型設(shè)備(一般使用71F/g電荷密度的活性碳)的理想選擇。3D石墨烯具有更強(qiáng)大的112F/g電荷密度，而鈉嵌入碳的電荷密度更高達(dá)145F/g。在經(jīng)過5,000次充放電周期后，這種材仍能維持96.4%的容量，顯示具有更好的電極穩(wěn)定度。
