Nanoblumen als Solar Zellen zum Speichern von Energie?

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Forscher der North Carolina State University haben eine blumenähnliche Struktur aus Germanium-Schwefel (GeS), einem Halbleiter-Material, mit extrem kleinen Blütenblättern und einer großen Oberfläche entwickelt. Die GeS-Blume verspricht einiges für die nächste Generation der Energie-Speicher-Elemente und Solarzellen.

Die GeS-„Nanoblume“ hat Blütenblätter mit einer Dicke von gerade einmal 20-30 Nanometern und liefert dadurch eine große Oberfläche auf kleinem Raum.

„Diese Nanoblumen zu entwickeln ist aufregend und liefert uns eine riesige Oberfläche auf kleinstem Raum“, sagt Dr. Linyou Cao, ein Assistenz-Professor der Materialwissenschaft und Ingenieurwesen an der NC State und Co-Autor der veröffentlichten Forschungsergebnisse. „Die Nanoblumen können die Kapazität von Li-Ionen Batterien signifikant erhöhen, da zum Beispiel die dünnen Strukturen mit ihrer großen Oberfläche mehr Li-Ionen aufnehmen können. Durch dieselben Merkmale kann die Struktur der Nanoblumen zu einer höheren Kapazität für Superkondensatoren führen, welche ebenfalls zur Energiespeicherung genutzt werden.“

Um die Blumenstruktur zu entwickeln erhitzen die Forscher zunächst GeS-Pulver in einem Ofen, bis es beginnt zu dunsten. Der entstehende Dampf wird dann in eine kühlere Region des Ofens geblasen, wo sich das GeS aus der Luft anhaftet und eine schmale Schicht von 20-30 Nanometern Dicke und bis zu 100 Mikrometern Länge bildet. Mit jeder weiteren Schicht teilen sich die Blätter der Nanoblume weiter und bilden so ein Muster, das an eine Ringelblume oder Nelke erinnert.

„Um diese Form zu erhalten ist es sehr wichtig den Fluss des GeS-Dampfes zu kontrollieren“, sagt Cao, „damit der Dampf genügend Zeit hat sich auszubreiten und sich verschiedene Schichten statt Ansammlungen und Klumpen bilden können.“

GeS verhält sich ähnlich wie zum Beispiel Graphit, welches sich in Schichten oder Lagen sauber ausbreitet. Dennoch hat GeS andere Eigenschaften als Graphit, da die atomare Struktur des GeS sehr gut zur Absorption von Solarenergie und dessen Umwandlung in nutzbare Energie geeignet ist. Deshalb ist es besonders für die Anwendung in Solarzellen nutzbar, vor allem da GeS relativ günstig zu haben ist und darüber hinaus nicht toxisch ist. Viele der momentan in Solarzellen genutzten Materialien hingegen sind sowohl teuer, als auch toxisch.

 

 

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