复旦大学研发新型材料 可制造太阳能纤维电池

 

由取向碳纳米管材料制成的可同时实现光电转换和储能的太阳能电池

人民网上海12月11日电 （记者 姜泓冰）不知你是否想过，有一天我们的衣服、帽子、箱包都能“自我发电”，给手机随时充电；占地面积庞大的发电站将成历史，未来只需要一个桌子大小的机器就能发电？复旦大学研究人员最近成功研制出的取向碳纳米管纤维，向研发完全纤维状的能源系统迈出了关键的一步。基于这一技术制造的新型太阳能纤维电池，使人类随时随地高效使用太阳能的梦想有望成为现实。

复旦大学先进材料实验室、高分子科学系彭慧胜教授课题组新研制出的这种新型、柔性的纤维状能源集成器件，可以制成一根根像头发丝一样细的纤维状太阳能电池，其直径只有60-100微米（1毫米=1000微米）。纤维状，意味着可以把它们像普通化学纤维一样编织成衣服、裤子等纺织品，让衣服像一块大太阳能电池，实现自身“发电”。这种新型太阳能纤维电池能在将太阳光转换成电能的同时，把这些能量储存起来，不需要外接其他蓄电池或储能设备。即使在没有日光、又对光电需求量更大的夜间，人们也可以随心所欲地使用太阳光能源。

这一研究成果已被最新一期的国际化学原创性研究领域权威期刊《应用化学》（Angewandte Chemie International Edition，影响因子 13.5）作为封面文章发表。审稿专家认为，彭慧胜课题组用一个“非常简单和低成本的方法”，在世界范围内“首次在一根纤维上同时实现光电转换和储能”，这大大提高了太阳能的利用效率，“对于全纤维状能源系统迈出了关键一步”。

传统太阳能电池多由单晶硅制成，不仅成本较高，而且其生产过程中是一个高能耗、高污染的产业，对环境有很大影响。而复旦团队所使用的碳纳米管纤维材料则可能很好地解决未来太阳能电池的这些问题。

碳纳米管纤维很轻很细，但其比强度和比刚度要比目前大规模使用的工程纤维材料如尼龙钢丝、杜邦公司的科夫拉纤维材料（kevlar）强数倍，已在防弹衣、航空航天、医疗和体育器械等广泛领域显示重要应用前景。将其制成太阳能电池的过程基本无污染，效率高，成本低，制作工艺也较简单，具有大量稳定生产的可能性。

除了将取向碳纳米管纤维成功应用于制造太阳能电池外，不久前，彭教授课题组还成功地以这一纤维材料作为电极，研制了出新型线状微型的超级电容器和锂离子电池，其成果也被国际材料领域权威期刊《先进材料》（Advanced Materials，影响因子13.9）以封面文章的形式发表。他们使用碳纳米管纤维材料制造了一系列高效率的线状染料敏化太阳能电池和聚合物太阳能电池，并且具有良好的柔性和可编织性，最高光电转化效率超过9%；也成功利用同一纤维材料构建了微型线状超级电容器。最新研发的集光电转换与储能于一体的纤维状太阳能电池和线形锂离子电池，相关性能指标获进一步提升，为线状能源器件的大规模应用奠定了良好的基础。

取向碳纳米管材料示意图

人民网上海12月11日电 （记者 姜泓冰）不知你是否想过，有一天我们的衣服、帽子、箱包都能“自我发电”，给手机随时充电；占地面积庞大的发电站将成历史，未来只需要一个桌子大小的机器就能发电？复旦大学研究人员最近成功研制出的取向碳纳米管纤维，向研发完全纤维状的能源系统迈出了关键的一步。基于这一技术制造的新型太阳能纤维电池，使人类随时随地高效使用太阳能的梦想有望成为现实。

复旦大学先进材料实验室、高分子科学系彭慧胜教授课题组新研制出的这种新型、柔性的纤维状能源集成器件，可以制成一根根像头发丝一样细的纤维状太阳能电池，其直径只有60-100微米（1毫米=1000微米）。纤维状，意味着可以把它们像普通化学纤维一样编织成衣服、裤子等纺织品，让衣服像一块大太阳能电池，实现自身“发电”。这种新型太阳能纤维电池能在将太阳光转换成电能的同时，把这些能量储存起来，不需要外接其他蓄电池或储能设备。即使在没有日光、又对光电需求量更大的夜间，人们也可以随心所欲地使用太阳光能源。

这一研究成果已被最新一期的国际化学原创性研究领域权威期刊《应用化学》（Angewandte Chemie International Edition，影响因子 13.5）作为封面文章发表。审稿专家认为，彭慧胜课题组用一个“非常简单和低成本的方法”，在世界范围内“首次在一根纤维上同时实现光电转换和储能”，这大大提高了太阳能的利用效率，“对于全纤维状能源系统迈出了关键一步”。

传统太阳能电池多由单晶硅制成，不仅成本较高，而且其生产过程中是一个高能耗、高污染的产业，对环境有很大影响。而复旦团队所使用的碳纳米管纤维材料则可能很好地解决未来太阳能电池的这些问题。

碳纳米管纤维很轻很细，但其比强度和比刚度要比目前大规模使用的工程纤维材料如尼龙钢丝、杜邦公司的科夫拉纤维材料（kevlar）强数倍，已在防弹衣、航空航天、医疗和体育器械等广泛领域显示重要应用前景。将其制成太阳能电池的过程基本无污染，效率高，成本低，制作工艺也较简单，具有大量稳定生产的可能性。

除了将取向碳纳米管纤维成功应用于制造太阳能电池外，不久前，彭教授课题组还成功地以这一纤维材料作为电极，研制了出新型线状微型的超级电容器和锂离子电池，其成果也被国际材料领域权威期刊《先进材料》（Advanced Materials，影响因子13.9）以封面文章的形式发表。他们使用碳纳米管纤维材料制造了一系列高效率的线状染料敏化太阳能电池和聚合物太阳能电池，并且具有良好的柔性和可编织性，最高光电转化效率超过9%；也成功利用同一纤维材料构建了微型线状超级电容器。最新研发的集光电转换与储能于一体的纤维状太阳能电池和线形锂离子电池，相关性能指标获进一步提升，为线状能源器件的大规模应用奠定了良好的基础。