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物联网时代的主力电池是它?

时间:2020-02-13 11:59来源:日经中文网 作者:

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  日本理光将于2月下旬上市世界首款全固态染料敏化太阳能电池。通过将电解质由液体改为固体,在提高耐久性的情况下,成功实现了实用化。如果迈入小型传感器和“物联网(IoT)”设备普及的社会,传感器等的电源将变得重要。这种新型太阳能电池属于小型电池,无需更换,能解决相应课题,备受期待。

    

  染料敏化太阳能电池的原理是利用吸收可见光的色素,作为属于发电部位的电解质来收集光线,借助这种能源激发电子。这种电池1991年由瑞士联邦理工学院洛桑分校的教授迈克尔·格兰泽尔开发出来,借助白色光和弱光也能发电。此前使用液体的电解质,如果长期利用,性能将会下降。用途局限于利用绚烂多彩外观的室内装饰等。

   

  能够借助室内光发电

   

  理光把电解质改为固体。即使使用10年时间,发电量也仅下降约2成。单位面积的发电量达到此前的约1.5倍。利用室内光即可产生足以驱动遥控器和小型传感器的电力。据称如果采用印刷技术,可轻易制造这种电池,还能降低价格。



  染料敏化太阳能电池设想用于小型传感器和物联网设备。例如,用于在塑料大棚和工厂里测定温度和湿度等的传感器和红外线传感器这种需要进行实时监控的设备等。

    

  理光还计划销售内置染料敏化太阳能电池的传感器。传感器为手掌大小,设想测量温度和气压等,并将信息发送到终端。该公司认为,虽然传感器的价格将高于现有产品,但不需要更换电池和布线工程等成本,将不断被引进。

   

  染料敏化太阳能电池还具有容易让设计适应周围情况的优点。只要改变采用的色素,外表的颜色就会改变。还可以做到透明,但发电量将降至8~9成。设想将来贴在智能手机等的屏幕上,作为电源来使用。

   

  有分析认为,今后将进一步迈向传感器普及的物联网社会。IT专业调查公司IDC日本的数据显示,世界物联网设备的数量到2025年将达到416亿台。


  物联网社会面临的课题是电源。在设置大量传感器时,如果需要与电源间布线,设置场所将受到限制。而在采用锂离子电池等蓄电池的情况下,需要定期充电,耗费人力。研究太阳能电池的东京大学教授濑川浩司表示,“太阳能电池最适合用作无人的无线电源”。

   

  从日本国内的染料敏化太阳能电池研究来看,新能源产业技术综合开发机构(NEDO)自2010年开始提供支援,2011年实现了当时世界的最高转换效率(11.9%)。


内置染料敏化太阳能电池的传感器


  从企业来看,推动实用化的研究也取得进展。日本材料制造商藤仓2015年实现了采用液体电解质染料敏化太阳能电池的传感器的实用化。夏普2019年开发出了配备染料敏化太阳能电池、发送定位信息的小型信号发射器。

    

  太阳能电池有多个种类,包括硅基太阳能电池等。作为物联网电源,有机薄膜太阳能电池也受到关注。这种电池产生电力的部位采用有机物半导体,具有重量轻且能弯曲的特点。虽然存在耐久性和高成本等课题,但可以贴在曲面多的设备和柱子等之上发电。

   

  存在转换效率等课题

   

  另外一个是钙钛矿太阳能电池。这种电池2009年在日本被开发出来,虽然仍处于研究阶段,但转换效率提高,比得上普通的硅基太阳能电池,还能实现大面积化。东芝和松下开发出了大面积、高效率的太阳能电池,同时理光携手日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)等展开研究,寻求将之作为人造卫星搭载的太阳能电池。

   

  作为物联网设备的电源,除了太阳能电池以外,热电发电等技术也受到期待。其机制是设置在高温的部位,利用与表面的温度差来发电,因此能设置的部位有限。此外,利用振动来发电的“振动发电”也面临相同的制约。

   

  染料敏化太阳电池从发明算起过去近30年,终于将进入全面的普及阶段。实现高效率化和低成本化的进度将影响在世界上普及的速度。

   

  日本经济新闻(中文版:日经中文网)福井健人


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