綠色儲能科技-電池

儲能新選擇-「大黄」電池

儲能新選擇-「大黄」電池
國立臺灣大學科學教育發展中心特約編譯何政穎/國立臺灣大學科學教育發展中心陳藹然責任編輯

編譯來源:Science, 8 January 2014 “‘Rhubarb’ Battery Could Store Energy of Future”

「大黃」是多種蓼科大黃屬的多年生草本植物的合稱,在中國主要當成藥材使用。近來研究人員發現從大黃中可以分離出一種有機化合物作為新型「液流電池」的主成份,「大黃」電池或許會發展成新的儲能工具。

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來自植物的能量!? 與大黃成份分子結構類似的有機化合物在新一代的「液流」電池中扮演關鍵的角色(Eliza Grinnell/哈佛大學工程與應用科學學院)

賈法尼電池

賈法尼電池(Galvanic Cell)
國立臺灣大學化學系學士生張育唐/國立臺灣大學化學系陳藹然博士責任編輯

賈法尼電池(Galvanic Cell),將自發性氧化還原化反應產生的化學能轉換成電能用以做功的裝置,例如鋅銅電池。(圖一)又稱作伏打電池(Voltaic cell,注意不是伏打電堆voltaic pile),是電化電池(Electrochemical cell)的一種。

圖一、賈法尼電池(圖片來源:http://en.wikipedia.org/wiki/File:Galvanic_Cell.svg)

有機太陽能電池(Organic Solar Cell)

有機太陽能電池(Organic Solar Cell)
國立台灣師範大學化學系蕭全佑研究生/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

太陽能電池主要目的是將光能轉換成電能。而有機太陽能電池主要係以具有半導體性質之有機材料製作,其優點:(1)製造成本低(2)化合物結構可設計性(3)材料質輕(4)加工性能好(5)製造大面積的太陽能電池及大量生產(6)高吸光係數(7)具有可撓曲,半透明等特性。但目前亦有多項缺點待克服,如功率轉換效率低,載子遷移率低,高電阻,耐久性差等問題。

依有機材料不同特性,有機太陽能電池又可區分為(1)染料敏化太陽能電池(dye-sensitized solar cells,DSSC),1991年瑞士聯邦理工學院的M. Graumltzel教授的研究團隊,發明具光敏性質之染料吸附於半導體奈米多孔洞結構之TiO2電極,搭配具有氧化-還原性質(I / I3-)之電解液,製作出光電轉換效率高達7 %之染料敏化太陽能電池,目前這種電池的光電轉換效率最高已超過 11%,其發展潛力備受矚目。(2)小分子有機太陽能電池(Molecular Solar Cells)。(3)高分子有機太陽能電池(polymer solar cells),1981 年時A. Takahashi研究團隊最早將共軛高分子材料使用於製作太陽能電池。目前高分子有機太陽能電池常用的材料為聚 3-己烷基噻吩(poly (3-hexylthiophene), P3HT) 聚合物半導體(p 型材料)、苯基-C61 丁酸甲酯 (phenyl-C61-butyric acid methylester, PCBM)(n 型材料)所組成。其做法是將這兩種有機半導體材料以溶劑溶解後進行混合,而後再塗佈到元件上。均勻混合後的 pn 介面面積能有效提高,增加激子被拆解的機會而提升電池效率。

鎳鎘電池(Nickel-cadmium Battery)

鎳鎘電池(Nickel-cadmium Battery)
國立台灣大學化學系黃俊誠博士/國立台灣大學化學系陳藹然博士責任編輯

鎳鎘電池是一種使用氫氧化亞鎳(Nickel oxyhydroxide;NiOOH)與金屬鎘(Cd)為電極的蓄電電池,最早於1899年由瑞典的的渥德莫‧甄格(Waldemar Jungner, 1869-1924)發明。在此之前,鉛酸電池是唯一能重複使用的蓄電池。其電池主要構造原理為:位於陽極的鎘和氫氧化鈉(NaOH)中的氫氧根離子(OH)反應成氫氧化鎘,並附著在陽極上,同時產生電子;電子沿著電線至陰極,和陰極的氫氧化亞鎳反應形成氫氧化鎳(Ni(OH)2),氫氧化鎳附著在陰極上。因為在陽極半反應中消耗掉的氫氧根離子,在陰極半反應中又產生,故氫氧化鈉溶液濃度不會隨著時間而下降。反應式如下: