麻省理工学院研究人员开发出超薄轻量级太阳能电池

麻省理工学院研究人员开发出超薄轻量级太阳能电池它们的重量是传统太阳能电池板的百分之一，每公斤产生的能量是其18倍，并且是由半导体油墨制成的，使用的印刷工艺在未来可以扩展到大面积的制造。由于这些太阳能电池非常薄和轻，它们可以被贴在许多不同的表面上。例如，它们可以被集成到船帆上，以便在海上提供电力，粘附在灾难恢复行动中部署的帐篷和防水布上，或者应用到无人机的机翼上，以扩大其飞行范围。这种轻量级的太阳能技术可以很容易地集成到建筑环境中，而且安装需求很小。"用于评估一种新的太阳能电池技术的指标通常仅限于其电力转换效率和以每瓦美元计算的成本。同样重要的是可整合性--新技术可以被改造的容易程度。轻质太阳能织物能够实现可整合性，为目前的工作提供了动力。我们努力加快太阳能的采用，因为目前迫切需要部署新的无碳能源，"法里博尔兹-马西赫新兴技术主席、有机和纳米结构电子实验室（ONE实验室）负责人、麻省理工学院纳米实验室主任、描述这项工作的新论文的资深作者弗拉基米尔-布洛维奇说。与Bulović一起撰写论文的还有共同主要作者MayuranSaravanapavanantham，他是麻省理工学院电气工程和计算机科学的研究生；以及JeremiahMwaura，他是麻省理工学院电子研究实验室的研究科学家。该研究最近发表在《小方法》杂志上。瘦身后的太阳能电池传统的硅基太阳能电池是脆弱的，因此它们必须被包裹在玻璃中，并被包装在厚重的铝制框架中，这限制了它们的部署地点和方式。六年前，ONE实验室团队使用一种新兴的薄膜材料生产太阳能电池，其重量非常轻，可以放在肥皂泡上。但是这些超薄的太阳能电池是使用复杂的、基于真空的工艺制造的，这些工艺可能是昂贵的，并且在扩大规模方面具有挑战性。在这项工作中，他们着手开发完全可打印的薄膜太阳能电池，使用基于墨水的材料和可扩展的制造技术。为了生产太阳能电池，他们使用了可打印电子油墨形式的纳米材料。在MIT.nano洁净室工作时，他们使用一个槽模涂布机为太阳能电池结构涂上一层电子材料，该涂布机将电子材料层沉积到准备好的、可释放的基底上，基底的厚度只有3微米。使用丝网印刷（一种类似于在丝印T恤上添加图案的技术），将电极沉积在结构上以完成太阳能模块。然后，研究人员可以将厚度约为15微米的印刷模块从塑料衬底上剥离，形成超轻超薄的太阳能设备。但是这种薄而独立的太阳能模块在处理上具有挑战性，很容易撕裂，这将使它们难以部署。为了解决这一挑战，麻省理工学院的团队寻找一种轻质、灵活和高强度的基材，他们可以将太阳能电池粘在上面。他们认为织物是最佳的解决方案，因为它们提供了机械弹性和灵活性，而且重量增加很少。他们找到了一种理想的材料--一种每平方米仅重13克的复合织物，商业上称为迪尼玛面料。这种织物由纤维制成，其强度非常高，曾被用作绳索，将沉没的邮轮"科斯塔-康科迪亚"号从地中海底部吊起。通过添加一层只有几微米厚的紫外线固化胶水，他们将太阳能模块粘在这种织物的薄片上。这就形成了一个超轻的、机械上坚固的太阳能结构。"虽然直接在织物上印刷太阳能电池可能看起来更简单，但这将限制可能的织物或其他接收表面的选择，使其在化学上和热上与制造设备所需的所有加工步骤兼容。Saravanapavanantham解释说："我们的方法将太阳能电池的制造与最终的集成工艺分离开来"。胜过传统太阳能电池当他们测试该装置时，麻省理工学院的研究人员发现它在独立的情况下每公斤可以产生730瓦的功率，如果部署在高强度的迪尼玛织物上，每公斤可以产生约370瓦的功率，这比传统太阳能电池的每公斤功率高约18倍。"在马萨诸塞州，一个典型的屋顶太阳能装置约为8000瓦特。他说："为了产生同样的电力，我们的织物光伏电池只需在房子的屋顶上增加大约20公斤（44磅）的重量。"他们还测试了他们设备的耐用性，发现即使在将织物太阳能电池板滚动和展开500多次后，电池仍能保持其最初发电能力的90%以上。虽然他们的太阳能电池比传统的电池要轻得多，也灵活得多，但它们需要被包裹在另一种材料中，以保护它们免受环境影响。用于制造电池的碳基有机材料可以通过与空气中的水分和氧气相互作用而被改变，这可能会使其性能劣化。将这些太阳能电池包裹在沉重的玻璃中，就像传统的硅太阳能电池的标准做法一样，会将目前的进步价值降到最低，因此该团队目前正在开发超薄的包装解决方案，这只会使目前超轻设备的重量增加一小部分。研究人员正在努力去除尽可能多的非太阳能活性材料，同时仍然保留这些超轻和柔性太阳能结构的外形和性能。例如，可以通过印刷可释放的基材来进一步简化制造过程，相当于用来制造我们设备中其他层的过程。这将加速这项技术向市场的转化。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1340623.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1340623.htm

麻省理工学院发明一种兆瓦级电机 有望彻底改变航空旅行

麻省理工学院发明一种兆瓦级电机有望彻底改变航空旅行现在，麻省理工学院的研究人员可能终于找到了一种方法，可以用来制造一个混合系统，利用电气元件和燃气轮机航空发动机。这些麻省理工学院的研究人员正在研究的100万千瓦的电机可能是一个非常重要的垫脚石，以便在未来的某个地方创造一架全电动的飞机。到目前为止，该团队已经设计并测试了电机的主要部件，通过详细的计算表明，这些部件可以作为一个整体产生一兆瓦的功率，同时在重量和尺寸上仍然可以与目前较小的航空发动机竞争。该团队认为，兆瓦级电机将需要与一个电力来源配对，如电池或燃料电池，使其能够将电能转化为机械功，为飞机上的螺旋桨提供动力。此外，它还能够与传统的涡扇喷气发动机配对，以创建一个混合系统，在飞行的某些部分使用电力推进。该团队由GTL和麻省理工学院电磁和电子系统实验室的教员、学生和研究人员组成。试图创造一个更环保的电机已经变得很重要，特别是当我们正朝着可能是破坏性气候"厄运循环"的开始前进时。能够利用电力进行飞行将很容易帮助彻底改变航空业。"无论我们使用什么作为能源载体--电池、氢气、氨气或可持续航空燃料--独立于所有这些，兆瓦级电机将是绿色航空的关键推动因素，"领导该项目的麻省理工学院T.Wilson航空学教授和燃气涡轮机实验室（GTL）主任ZoltanSpakovszky说。Spakovszky和他的团队成员，以及行业合作者，将在6月的航空会议上的美国航空航天学会-电动飞机技术研讨会（EATS）特别会议上介绍他们的工作。麻省理工学院的团队由GTL和麻省理工学院电磁和电子系统实验室的教员、学生和研究人员组成：HenryAndersenYuankangChen、ZacharyCordero、DavidCuadrado、EdwardGreitzer、CharlotteGump、JamesKirtley,Jr.、JeffreyLang、DavidOtten、DavidPerreault和MohammadQasim，以及Innova-LogicLLC的MarcAmato。该项目由三菱重工（MHI）赞助。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1369047.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1369047.htm

麻省理工学院的列车式新设计可利用40%的太阳热能生产清洁氢燃料

麻省理工学院的列车式新设计可利用40%的太阳热能生产清洁氢燃料在最近发表在《太阳能杂志》上的一项研究中，工程师们阐述了一个可以高效生产"太阳能热化学氢"的系统的概念设计。该系统利用太阳的热量直接分裂水并产生氢气，这是一种清洁燃料，可为长途卡车、轮船和飞机提供动力，同时在此过程中不会排放任何温室气体。如今，氢主要是通过涉及天然气和其他化石燃料的工艺生产出来的，从生产开始到最终使用的整个过程来看，这种原本绿色的燃料更像是一种"灰色"能源。相比之下，太阳能热化学制氢（STCH）提供了一种完全无排放的替代能源，因为它完全依靠可再生的太阳能来驱动制氢。但迄今为止，现有的STCH设计效率有限：只有大约7%的太阳光被用来制氢，其结果是产量低、成本高。麻省理工学院的工程师们设计出了一种能有效利用太阳热能分水制氢的系统。图片来源：AhmedGhoniem、AniketPatankar等人提供麻省理工学院的研究小组估计，他们的新设计可以利用多达40%的太阳热能生成更多的氢气，这是向实现太阳能燃料迈出的一大步。效率的提高可以降低系统的总体成本，使STCH成为一种潜在的、可扩展的、经济实惠的选择，帮助交通行业实现去碳化。这项研究的第一作者、麻省理工学院机械工程罗纳德-C-克兰（RonaldC.Crane）教授艾哈迈德-高尼姆（AhmedGhoniem）说："我们认为氢是未来的燃料，因此需要廉价、大规模地生成氢。我们正在努力实现能源部的目标，即到2030年以每公斤1美元的价格制造出绿色氢气。为了提高经济效益，我们必须提高效率，确保我们收集的大部分太阳能都用于制氢。"Ghoniem的研究合著者包括：第一作者、麻省理工学院博士后AniketPatankar；麻省理工学院材料科学与工程教授HarryTuller；滑铁卢大学的Xiao-YuWu；以及韩国梨花女子大学的WonjaeChoi。太阳能站与其他拟议的设计类似，麻省理工学院的系统将与现有的太阳能热源配对，例如聚光太阳能发电站（CSP）--一个由数百面镜子组成的圆形阵列，收集阳光并反射到中央接收塔。然后，STCH系统会吸收接收器的热量，并将其用于分裂水和产生氢气。这一过程与电解法截然不同，后者利用电能而不是热能来分裂水。概念STCH系统的核心是一个两步热化学反应。第一步，水以蒸汽的形式接触金属。这使得金属从蒸汽中吸收氧气，留下氢气。这种金属"氧化"类似于铁在水中生锈，但速度更快。一旦氢被分离出来，氧化（或生锈）的金属就会在真空中重新加热，从而逆转生锈过程并使金属再生。除去氧气后，金属可以冷却并再次暴露在蒸汽中以产生更多的氢。这个过程可以重复数百次。MIT研究人员设计的系统旨在优化这一过程。整个系统就像一列在环形轨道上运行的箱形反应器。在实践中，这条轨道将环绕一个太阳能热源（如CSP塔）设置。列车上的每个反应器都将容纳进行氧化还原或可逆生锈过程的金属。每个反应器将首先经过一个热站，在那里暴露在高达1500摄氏度的太阳热量下。这种极端高温会有效地从反应堆的金属中抽出氧气。这样，金属就会处于"还原"状态--随时准备从蒸汽中获取氧气。为此，反应堆将转移到温度约为1000摄氏度的冷却站，在那里接触蒸汽以产生氢气。铁锈和铁轨其他类似的STCH概念都遇到了一个共同的障碍：如何处理反应堆冷却时释放出的热量。如果不对这些热量进行回收和再利用，系统的效率就会很低，无法实用。第二个挑战是如何创造一个高能效的真空环境，使金属能够除锈。一些原型利用机械泵产生真空，但对于大规模氢气生产来说，这种泵能耗太高，成本太高。为了应对这些挑战，麻省理工学院的设计采用了几种节能变通方法。为了回收从系统中逸出的大部分热量，圆形轨道两侧的反应器可以通过热辐射交换热量；热的反应器被冷却，冷的反应器被加热。这样就能将热量保持在系统内。研究人员还增加了第二组反应堆，它们将围绕第一列反应堆以相反的方向移动。这列外反应器的运行温度通常较低，用于从较热的内反应器中排出氧气，而无需使用耗能的机械泵。这些外层反应堆将装载第二种也很容易氧化的金属。当它们环绕一圈时，外层反应堆将吸收内层反应堆中的氧气，有效地去除原有金属的锈迹，而无需使用耗能的真空泵。两组反应堆将连续运行，分别产生纯氢和纯氧。研究人员对这一概念设计进行了详细模拟，发现它将显著提高太阳能热化学制氢的效率，从以前设计所证明的7%提高到40%。Ghoniem说："我们必须考虑到系统中的每一点能量，以及如何使用这些能量，从而最大限度地降低成本。有了这个设计，我们发现一切都可以用来自太阳的热量来驱动。它能够利用40%的太阳热能生产氢气。"明年，该团队将建造一个系统原型，计划在能源部实验室的聚光太阳能设施中进行测试。Patankar解释说："该系统完全投入使用后，将被安置在太阳能发电场中间的一座小楼里。建筑物内可以有一列或多列火车，每列火车上有大约50个反应堆。我们认为这可以是一个模块化系统，你以在传送带上增加反应器，从而扩大氢气生产规模。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1393517.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1393517.htm

麻省理工学院研究人员利用压电纤维开发出主动降噪织物

麻省理工学院研究人员利用压电纤维开发出主动降噪织物这项发表在《先进材料》（AdvancedMaterials）杂志上的研究，是在早先研究的基础上，创造出一种可以充当麦克风并放大声音的丝绸织物。在研究过程中，研究小组意识到他们的材料还可以用来过滤声音。他们将后一个想法付诸实践。这种由压电纤维制成的特制织物几乎不比头发丝粗。当施加电压时，这种材料就会振动，如果调整得当，就能像降噪耳机一样抵消传入的声音。这种方法在狭小的空间内很有用，但在室内却不奏效。为了应对这一挑战，他们需要一种不同的方法。研究人员发现，通过使用电压使织物完全静止，可以使其变成一种声屏障，像镜子一样将声音反射回声源。在测试中，直接抑制模式（类似于降噪耳机）能够将音量降低65分贝。在"静止"模式下，声音传播降低了75%。虽然前景广阔，但在考虑商业推广之前，仍有许多工作要做。该团队需要进行更多的测试，以了解纤维数量、缝合方向和电源电压等变量的变化对性能的影响。第一作者格蕾丝-杨（GraceYang）说，这仅仅是个开始，要让这项技术真正有效，"我们还有很多旋钮可以转动"。他们还需要找出将其推向市场的最佳方法。这项研究的共同作者、麻省理工学院教授尤尔-芬克（YoelFink）告表示，这种材料现在还太新，他甚至不知道它的市场在哪里。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1432682.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1432682.htm

麻省理工学院揭幕"质子之舞"： 开拓能源新时代

麻省理工学院揭幕"质子之舞"：开拓能源新时代麻省理工学院的化学家们首次详细描绘了这些质子耦合电子转移是如何在电极表面发生的。他们的研究成果可以帮助研究人员设计出更高效的燃料电池、电池或其他能源技术。麻省理工学院化学和化学工程教授、该研究的资深作者YogeshSurendranath说："我们在这篇论文中取得的进展是研究和理解了这些电子和质子如何在表面部位耦合的性质，这与催化反应有关，而催化反应在能量转换装置或催化反应中非常重要。"在他们的研究成果中，研究人员能够准确追踪电极周围电解质溶液pH值的变化如何影响电极内质子运动和电子流动的速度。麻省理工学院研究生诺亚-刘易斯（NoahLewis）是这篇论文的第一作者，论文最近发表在《自然-化学》上。麻省理工学院前博士后RyanBisbey、麻省理工学院研究生KarlWestendorff和耶鲁大学研究科学家AlexanderSoudackov也是这篇论文的作者。质子传递质子耦合电子转移是指一种分子（通常是水或酸）将质子转移到另一种分子或电极表面，从而刺激质子接受者也接受一个电子。这种反应已被广泛应用于能源领域。"这些质子耦合电子转移反应无处不在。它们通常是催化机制中的关键步骤，对于制氢或燃料电池催化等能量转换过程尤为重要，"Surendranath说。在制氢电解槽中，这种方法用于从水中去除质子，并在质子上添加电子以形成氢气。在燃料电池中，当质子和电子从氢气中移出并加入氧气形成水时，就会产生电能。施加电势会导致质子从氢离子（右图）转移到电极表面。利用具有分子定义质子结合位点的电极，麻省理工学院的研究人员为这些界面质子耦合电子转移反应建立了一个通用模型。图片来源：研究人员提供质子耦合电子转移在许多其他类型的化学反应中都很常见，例如二氧化碳还原（通过添加电子和质子将二氧化碳转化为化学燃料）。当质子接受体是分子时，科学家们可以精确控制每个分子的结构，并观察电子和质子如何在分子间传递，因此他们已经对这些反应的发生过程有了很多了解。然而，当质子耦合电子转移发生在电极表面时，这一过程就更难研究了，因为电极表面通常非常异质，质子有可能与许多不同的位点结合。为了克服这一障碍，麻省理工学院的研究小组开发出一种设计电极表面的方法，使他们能够更精确地控制电极表面的组成。他们的电极由石墨烯薄片组成，表面附着有机含环化合物。每个有机分子的末端都有一个带负电荷的氧离子，它可以接受周围溶液中的质子，从而使电子从电路流入石墨表面。Surendranath说："我们可以创造出一种电极，它不是由各种各样的位点组成，而是由单一类型的非常明确的位点组成的统一阵列，每个位点都能以相同的亲和力结合质子。由于我们拥有这些非常明确的位点，这让我们能够真正揭示这些过程的动力学"。利用这个系统，研究人员能够测量流向电极的电流，从而计算出平衡状态下质子向表面氧离子转移的速率--质子向表面捐赠的速率和质子从表面转移回溶液的速率相等的状态。他们发现，周围溶液的pH值对这一速率有显著影响：最高速率出现在pH值的两端--酸性最强的pH值为0，碱性最强的pH值为14。为了解释这些结果，研究人员根据电极可能发生的两种反应建立了一个模型。在第一种反应中，强酸性溶液中高浓度的氢离子（H3O+）将质子传递给表面的氧离子，生成水。在第二种情况下，水将质子传递给表面氧离子，生成氢氧根离子（OH-），氢氧根离子在强碱性溶液中浓度较高。不过，pH值为0时的速度比pH值为14时的速度快四倍，部分原因是氢离子释放质子的速度比水快。需要重新考虑的反应研究人员还惊奇地发现，这两个反应的速率并不是在中性pH值为7（氢铵和氢氧根的浓度相等）时相等，而是在pH值为10（氢氧根离子的浓度是氢铵的100万倍）时相等。该模型表明，这是因为涉及氢𬭩或水提供质子的前向反应比涉及水或氢氧化物去除质子的后向反应对总速率的贡献更大。研究人员说，关于这些反应如何在电极表面发生的现有模型假定，前向反应和后向反应对总速率的贡献相同，因此新发现表明，可能需要重新考虑这些模型。Surendranath说："这是默认的假设，即正向和逆向反应对反应速率的贡献相同。我们的发现确实令人大开眼界，因为这意味着人们用来分析从燃料电池催化到氢进化等一切问题的假设可能是我们需要重新审视的。"研究人员目前正在利用他们的实验装置研究向电极周围的电解质溶液中添加不同类型的离子会如何加快或减慢质子耦合电子流的速度。刘易斯说："通过我们的系统，我们知道我们的位点是恒定的，不会相互影响，因此我们可以读出溶液的变化对表面反应的影响。"编译自//scitechdaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1424095.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1424095.htm

【波士顿联储和麻省理工学院发布OpenCBDC】

【波士顿联储和麻省理工学院发布OpenCBDC】波士顿联邦储备银行和麻省理工学院公布了汉密尔顿项目（ProjectHamilton）第一阶段的结果，汉密尔顿项目是一项专注于央行数字货币研究的合作研究工作。今天，波士顿联邦储备银行和麻省理工学院公布还在GitHub上发布了央行数字货币交易处理开源软件OpenCBDC，据悉该软件在技术上已经足够完善，可以支持在“美国这样大的国家运行通用央行数字货币”，在核心处理引擎方面，OpenCBDC处理速度超过每秒170万笔交易，“绝大多数交易”可以在两秒内完成结算。波士顿联邦储备银行和麻省理工学院表示，OpenCBDC技术具有灵活性，可以根据政策决定进行调整，在第二阶段，他们将继续研究其他技术设计，以进一步优化第一阶段技术的“强大的隐私、弹性和功能”，同时更好地阐明不同设计之间的权衡关系。