BBC：量子技术突破可能带来计算机革命

BBC：量子技术突破可能带来计算机革命 研究人员离实现制造多任务的“量子”计算机又近了一步，那将是比现有的最先进的超级计算机更强大的计算机。 量子计算机利用了亚原子粒子的怪异特性。 所谓的量子波粒能够同时存在于两个地方，而且即使分隔数百万英里仍然匪夷所思地能够保持关联性。 英国苏塞克斯大学（Sussex University）的研究团队实现了在电脑芯片之间以前所未有的速度和精度传送量子信息。 一个研究当中的障碍就是需要在芯片之间迅速和可靠地传送量子信息：信息受损就会产生误差。 不过汉辛格教授的团队已经取得了突破，他们发表在《自然通讯》期刊上的研究表明，他们可能已经克服了上述障碍。 这个团队研发了从一个芯片向另外一个芯片以创纪录的速度传送信息的系统，传送可靠率达到了99.999993%。研究人员说，这显示了在原则上许多芯片能够插在一起形成算力更强大的量子计算机。 （节选）

研究人员成功将废弃鸡脂肪转化为清洁能源

研究人员成功将废弃鸡脂肪转化为清洁能源 研究人员开发出一种将鸡脂肪转化为超级电容器碳基电极的新方法，为传统材料提供了一种环保型替代品。这一创新不仅解决了与现有存储设备相关的成本和环境问题，还提高了能源存储技术的性能和效率。全球正朝着更可持续的绿色能源方向发展，这增加了电力储备和对储能设备的需求。遗憾的是，用于这些设备的某些材料既昂贵又存在环境问题。利用通常被扔掉的东西生产替代储能设备有助于解决这些难题。现在，研究人员在《ACS 应用材料与界面》（ACS Applied Materials & Interfaces ）杂志上报告了一种将鸡脂肪转化为碳基电极的方法，这种电极可用于超级电容器，储存能量并为 LED 供电。这种提取的鸡脂肪为超级电容器创造了一种碳基材料。资料来源：Mohan Reddy Pallavolu根据国际能源机构的数据，2023 年，全球可再生能源发电能力将比上一年前所未有地增长近 50%。但是，这些多余的能源必须储存起来，以便日后从其生产中获益。例如，由于屋顶太阳能电池板供应过剩，加利福尼亚州的晴天最近引发了负能源价格。由于石墨烯等碳材料具有高效的电荷传输和天然丰富的资源，最近设计高性能存储设备的努力利用了这些材料，但其制造成本高昂，而且会产生污染和温室气体。为了寻找替代碳源材料，Mohan Reddy Pallavolu、Jae Hak Jung、Sang Woo Joo 及其同事希望开发一种简单、经济有效的方法，将废弃鸡脂肪转化为导电纳米结构，用于超级电容器储能装置。研究人员首先使用燃气火焰喷枪灼烧鸡肉中的脂肪，然后使用火焰灯芯法燃烧融化的油，就像使用油灯一样。然后，他们将油烟收集到悬浮在火焰上方的烧瓶底部。电子显微镜显示，烟尘中含有碳基纳米结构，它们是由同心石墨环组成的均匀球形晶格，就像洋葱的层状结构。研究人员测试了一种通过将碳纳米粒子浸泡在硫脲溶液中来增强其电气特性的方法。在这些非对称超级电容器中，当使用源自鸡肉的碳材料作为电极时，LED 可以点亮。资料来源：Mohan Reddy Pallavolu将鸡脂肪来源的碳纳米粒子组装到非对称超级电容器的负极中，可显示出良好的电容性和耐用性，以及高能量和功率密度。正如所预测的那样，当电极由硫脲处理过的碳纳米颗粒制成时，这些特性得到了进一步改善。研究人员随后演示了新型超级电容器的实时应用充电并连接两个超级电容器，点亮红色、绿色和蓝色 LED 灯。这些成果凸显了利用鸡脂肪等食物垃圾作为碳源，寻找更环保的绿色能源的潜在优势。编译自/scitechdaily ... PC版： 手机版：

科学家发现超级电容器的能量密度可通过增加其内部结构的"混乱度"来提高

科学家发现超级电容器的能量密度可通过增加其内部结构的"混乱度"来提高 研究人员表示，他们在《科学》杂志上发表的研究成果代表了该领域的一项突破，可以为这项重要的净零排放技术的发展注入新的活力。与电池一样，超级电容器也能储存能量，但超级电容器可以在几秒或几分钟内完成充电，而电池则需要更长的时间。超级电容器比电池耐用得多，可持续充电数百万次。不过，超级电容器的能量密度较低，因此不适合长期储能或持续供电。领导这项研究的剑桥大学优素福-哈米德化学系的亚历克斯-福斯博士说："超级电容器是电池的补充技术，而不是替代品。超级电容器经久耐用，充电速度极快，因此应用领域非常广泛。"从左至右Dame Clare Grey 教授、刘昕宇、Alex Forse 博士。图片来源：Nathan Pitt例如，由超级电容器供电的公共汽车、火车或地铁可以在乘客上下车的时间内充满电，为到达下一站提供足够的电力。这样就无需在沿线安装任何充电基础设施。不过，在超级电容器得到广泛应用之前，还需要提高其储能能力。电池利用化学反应来储存和释放电荷，而超级电容器则依靠多孔碳电极之间带电分子的运动，这种电极具有高度无序的结构。福斯说："想象一下石墨烯薄片，它具有高度有序的化学结构。如果你把那片石墨烯揉成一团，就会出现无序的混乱状态，这就有点像超级电容器中的电极。"由于电极本身比较杂乱，科学家们很难对其进行研究，也很难确定在试图提高性能时哪些参数是最重要的。由于缺乏明确的共识，这一领域的研究陷入了困境。许多科学家认为，碳电极中微孔（或纳米孔）的大小是提高能量容量的关键。然而，剑桥大学的研究小组分析了一系列市售的纳米多孔碳电极，发现孔径大小与储能能力之间没有联系。Xinyu Liu 与石墨烯模型（左）和无序碳电极（右）。资料来源：Nathan Pitt福斯和他的同事们采用了一种新方法，利用核磁共振（NMR）光谱一种电池的"核磁共振成像"来研究电极材料。他们发现，长期以来被认为是阻碍因素的材料的杂乱性实际上是其成功的关键。"通过核磁共振光谱，我们发现储能能力与材料的杂乱程度相关越杂乱的材料越能储存更多的能量，"第一作者、由福斯和克莱尔-格雷（Dame Clare Grey）教授共同指导的博士生刘新宇（音译）说。"无序性是一种很难测量的东西只有通过新的核磁共振和模拟技术才能实现，这就是为什么无序性是这一领域一直被忽视的特性。""使用核磁共振光谱分析电极材料时，会产生不同峰谷的光谱。峰的位置表明碳的有序或无序程度。"福斯说："这并不是我们的计划，而是一个巨大的惊喜。当我们将峰值的位置与能量容量相对照时，一个惊人的相关性显现出来最无序的材料的能量容量几乎是最有序材料的两倍。"那么，为什么混乱是好事呢？这就是研究小组下一步要研究的问题。更无序的碳在其纳米孔中存储离子的效率更高，研究小组希望利用这些结果设计出更好的超级电容器。材料的混乱程度是在合成时决定的。福斯说："我们想研究制造这些材料的新方法，看看在改进能量储存方面，混乱能让你走多远。这可能是这个领域的一个转折点，这个领域已经困顿了一段时间。克莱尔和我在十多年前就开始研究这个课题，现在看到我们以前的很多基础工作有了明确的应用，这让我们感到非常兴奋。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

新型材料将钙钛矿太阳能电池效率提升到22%

新型材料将钙钛矿太阳能电池效率提升到22% 该方法由位于巴西包鲁的圣保罗州立大学（UNESP）的研究人员开发，涉及使用一类被称为 MXenes 的材料，这是一类具有类似石墨烯结构的二维材料，结合了过渡金属、碳和/或氮，以及氟化物、氧或羟基等表面官能团。它们的特性包括高导电性、良好的热稳定性和高透射率（与通过物质而不被反射或吸收的光量有关）。联合国教科文组织欧洲空间科学中心开发的方法涉及使用一类名为"MXenes"的材料。资料来源：CDMF在这项研究中，MXeneTi3C2Tx被添加到聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）中以形成钝化涂层，并被旋涂在倒置太阳能电池的包晶层上。钝化涂层旨在减少多晶固体（本例中为钙钛矿）因与环境相互作用或其内部结构而可能产生的缺陷。过氧化物太阳能电池具有层状结构，层的顺序（结构）对其性能至关重要。在倒置太阳能电池中，设备的结构是相反的，以确保阳光照射到过氧化物层时具有较高的光学透明度。Ti3C2Tx的使用将电池的功率转换效率从 19% 提高到 22%。它还提高了电池的稳定性，与对照电池（无钝化层）相比，电池的寿命延长了三倍，且性能未受影响。对于文章的第一作者、联合国教科文组织材料科学与技术研究生项目的硕士研究生 João Pedro Ferreira Assunção来说，这些结果令人惊讶，因为该项目的最初目的仅仅是补救因添加绝缘钝化层而导致的性能下降。目前，有关过氧化物太阳能电池的研究主要集中在如何设计大规模工业生产系统，以制造稳定的高性能电池。"这篇文章表明，在大规模生产条件下添加 MXene 是可行的，并指出了实现这一目标的方法。文章还介绍了我们探索的几种电学、形态学和结构表征技术，以加深对这一类复杂设备的行为和功能的科学理解，"Assunção说。他补充说，这项研究是朝着生产清洁能源、减轻环境影响以及使巴西成为领先的太阳能电池工业生产国等可持续发展目标迈出的充满希望的一步。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

突破极限：串联太阳能电池转化效率超过20%

突破极限：串联太阳能电池转化效率超过20% 这项研究发表在 2024 年 3 月 4 日出版的《能源材料与器件》杂志上。光伏技术是一种利用太阳光并将其转化为电能的技术，因其提供清洁的可再生能源而广受欢迎。科学家们不断努力提高太阳能电池的功率转换效率，即效率的衡量标准。传统单结太阳能电池的功率转换效率已超过 20%。要使单结太阳能电池的功率转换效率达到肖克利-奎塞尔极限以上，需要更高的成本。然而，通过制造串联太阳能电池，可以克服单结太阳能电池的肖克利-奎塞尔极限。利用串联太阳能电池，研究人员可以通过将太阳能电池材料堆叠在一起获得更高的能源效率。研究小组利用一种名为硒化锑的半导体，致力于制造串联太阳能电池。过去对硒化锑的研究主要集中在单结太阳能电池的应用上。但研究小组知道，从带隙的角度来看，这种半导体可能被证明是串联太阳能电池的合适底部电池材料。"硒化锑是一种适用于串联太阳能电池的底部电池材料。然而，由于使用硒化锑作为底部电池的串联太阳能电池的报道很少，因此人们很少关注它的应用。"中国科学技术大学材料科学与工程学院教授陈涛说："我们用它作为底部电池组装了一个具有高转换效率的串联太阳能电池，证明了这种材料的潜力。与使用单层半导体材料的单结太阳能电池相比，串联太阳能电池吸收阳光的能力更强。串联太阳能电池能将更多的太阳光转化为电能，因此比单结太阳能电池更节能。"演示概念验证串联太阳能电池，该电池由硒化锑和宽带隙过磷酸钙作为底部和顶部子电池吸收材料组成。通过优化顶部电池的透明电极和底部电池的制备工艺，该装置实现了超过 20% 的功率转换效率。来源：《能源材料与器件》，清华大学出版社研究小组制作了具有透明导电电极的过氧化物/硒化锑串联太阳能电池，以优化光谱响应。他们通过调整顶部电池透明电极层的厚度，获得了超过 17% 的高效率。他们通过引入双电子传输层，优化了硒化锑底部电池，实现了 7.58% 的功率转换效率。当他们用机械方法将顶部和底部电池组装成四端串联太阳能电池时，功率转换效率超过了 20.58%，高于独立子电池的功率转换效率。他们的串联太阳能电池具有出色的稳定性和无毒成分。陈说："这项工作提供了一种新的串联器件结构，并证明硒化锑是一种很有前景的吸收材料，可用于串联太阳能电池的底部电池应用。"展望未来，研究小组希望努力开发集成度更高的双端串联太阳能电池，并进一步提高器件性能。"硒化锑的高稳定性为制备两端串联太阳能电池提供了极大的便利，这意味着它在与多种不同类型的顶层电池材料搭配时可能会取得良好的效果。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

韩国研究人员为未来的锂电池开发出一种新型轻质结构

韩国研究人员为未来的锂电池开发出一种新型轻质结构 浦项科技大学（POSTECH）化学系的 Soojin Park 教授和博士生 Dong-Yeob Han 与韩国能源研究所（KIER）的 Gyujin Song 博士以及浦项 N.EX.T HUB 的研究团队合作开发出了一种三维聚合物结构。这种轻质结构有利于锂（Li）离子的传输。他们的研究成果最近发表在国际期刊《先进科学》（Advanced Science）的网络版上。电池技术的进步用于电动汽车和智能手机等电子设备的电池技术不断发展。值得注意的是，锂金属阳极的能量容量为 3860 mAh/g，是目前商业化石墨阳极的十倍以上。锂金属阳极可以在更小的空间内储存更多的能量，而且与石墨或硅不同，锂金属阳极可以作为电极直接参与电化学反应。然而，在充电和放电过程中，锂离子的不均匀分布会产生被称为"死锂"的区域，从而降低电池的容量和性能。此外，当锂向一个方向增长时，它可能会到达相反一侧的阴极，从而造成内部短路。虽然最近的研究重点是优化三维结构中的锂传输，但这些结构大多依赖重金属，大大降低了电池的单位重量能量密度。锂电沉积后的混合结构内部几何形状示意图。资料来源：POSTECH用于阳极的创新型三维结构为了解决这个问题，研究小组利用聚乙烯醇（一种对锂离子具有高亲和力的轻质聚合物）与单壁碳纳米管和纳米碳球相结合，开发出了一种混合多孔结构。这种结构比通常用于电池阳极的铜（Cu）集流体轻五倍以上，对锂离子有很高的亲和力，有利于锂离子通过三维多孔结构中的空隙迁移，实现均匀的锂电沉积。在实验中，采用了该团队三维结构的锂金属阳极电池在经过 200 多次充放电循环后表现出很高的稳定性，并达到了 344 Wh/kg（能量与电池总重量之比）的高能量密度。值得注意的是，这些实验使用的是代表实际工业应用的袋装电池，而不是实验室规模的纽扣电池，这凸显了该技术商业化的巨大潜力。POSTECH 的 Soojin Park 教授表达了这项研究的意义，他说："这项研究为最大限度地提高锂金属电池的能量密度开辟了新的可能性"。KIER 的 Gyujin Song 博士强调说："这种结构兼具轻质特性和高能量密度，是未来电池技术的一个突破"。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：