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  • 太阳能薄膜器件已加载的金属化在澳门太阳城最新网站的实验室光伏高通量实验平台的一部分。

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  • 弗雷德·奥尔森的部署有限公司。 “救命稻草”波浪能转化为海军的波浪能量试验场在海域迎风瓦胡岛,夏威夷。

    弗雷德·奥尔森的部署有限公司。 “救命稻草”波浪能转化为海军的波浪能量试验场在海域迎风瓦胡岛,夏威夷。

    美国的照片礼貌海军。

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  • 托尼奥Buonassisi教授(右)和科学家在澳门太阳城最新网站实验室的光伏太阳能电池制造设备前石井的太阳。

    托尼奥Buonassisi教授(右)和科学家在澳门太阳城最新网站实验室的光伏太阳能电池制造设备前石井的太阳。

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  • 钙钛矿启发新材料被测试它们的MIT的光伏电势在光伏实验室

    钙钛矿启发新材料被测试它们的MIT的光伏电势在光伏实验室

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  • 博士后reshma饶站在旁边一个脉冲激光沉积系统,其是用于沉积催化剂材料的良好限定的薄膜。

    博士后reshma饶站在旁边一个脉冲激光沉积系统,其是用于沉积催化剂材料的良好限定的薄膜。

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  • 一个三电极电池的设置来测量催化剂的活性的水分解的电化学。氧气在平面电极的二氧化钌和产生氢在铂丝制成。

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    Photo: John Freidah

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比赛进行到发展可再生能源技术

博士后reshma饶站在旁边一个脉冲激光沉积系统,其是用于沉积催化剂材料的良好限定的薄膜。

机械工程师急于来自可再生资源开发的能量转换和存储技术:诸如风,浪,太阳能和热。


在20世纪初,就如同电网已经开始改变日常生活中,对可再生能源的倡导不可能说出他的燃烧化石燃料的担忧有关。托马斯·爱迪生表示失望过使用可再生资源取代在1910年采访哈伯德的文集,燃烧“小旅程伟大的家园。”

“燃烧获得动力的这个方案让我感到恶心想的 - 它是如此的浪费,”陈冠希说。 “你看,我们应该利用自然力,从而让我们所有的力量。阳光是一种形式的能量,并且风和潮汐能的表现形式。我们如何使用他们?哦,不!我们烧掉木材和煤炭,随着租房燃烧起来燃料前端围栏“。

在一个多世纪以后,能源的大约80%的整体消费仍然来自化石燃料的燃烧。气候变化对环境的影响变得越来越激烈,有迫切性的研究人员和工程师们开发可扩展的可再生能源解决方案的安装感。

“即使是在100年前,爱迪生明白,我们不能用一个单一的替代取代燃烧,补充说:” Reshma饶博士'19,在澳门太阳城最新网站的电化学能源实验室WHO博士后包括爱迪生在她的博士论文引用。 “我们必须寻找不同的解决方案可能会有所不同时间和地域取决于资源的可用性。”

饶是跨澳门太阳城最新网站机械工程系的许多研究已进入比赛进行到可再生能源的开发转换和存储技术之一:例如风能,波浪能,太阳能,和热。

当涉及到可再生能源,波在两个方面击败其它资源。首先,太阳能不同,波提供了一个一致的能源无论一天的时间。第二,更大的海浪提供比由于水的较重质量的风能密度。

尽管有这些优势,波浪的能量收集ITS仍处于起步阶段。不像风能和太阳能,有在波流体力学领域就如何有效地捕获并转换波能量没有达成共识。迪克K. P.岳,菲利普J.工程Solondz教授,希望改变这种状况。

“我的集团,一直在寻找新的模式,”解释曰。 “而不是小的改进修修补补,我们要发展思考波浪能源问题的新途径。”

也就是说范例的一个方面是确定波动能量转换器(WECS)的最佳几何形状。研究生艾玛爱德华兹,在开发一个系统的方法来确定各种形状的WECS的应该是什么。

“如果我们可以优化WECS的形状为最大化提取度数,波能源可显着靠拢成为可再生能源的经济上可行的来源”,Edwards说。 

波动能量模式跃队的另一个方面是工作是找到在水中WECS的最佳配置。 Grgur托基奇博士'16,澳门太阳城最新网站的明矾和目前的博士后工作在悦的研究小组,正在建设的情况下,在大型阵列WECS的最优配置,而不是作为独立的设备。

在水中放置之前,WECS已调整他们的特殊环境。涉及ESTA调谐考虑如预计的波频率和主导风向。根据托基奇和跃,如果WECS以阵列配置,这可能发生在实时调谐,最大化能量收获潜力。

在阵列中,“岗哨”可以收集测量WECS关于振幅如波,频率和方向。重构和使用波预测,可以将这些WECS然后在阵列中传送信息到其它条件关于WECS无线,使它们能够以调谐分钟按分钟波响应于当前条件。

“如果WECS可调谐速度不够快,使他们得到最佳配置为各自的当前环境的数组,现在我们正在谈论严肃的事,”解释曰。 “正朝着阵列开辟了显著的进步和收获很多次,在无相互作用,隔离装置的可能性。”

通过理论和计算方法研究WECS的最佳尺寸和配置,岳的集团希望开发潜在改变游戏规则的框架驾驭海浪的力量。

加快光伏发电的发现

太阳能量到达地球表面的报价在寻求可再生能源的一个诱人的前景。每隔一小时,三次方焦耳的能量估计430与太阳传送到地球。那是一年的价值综合能耗由人类的等价物。

托尼奥Buonassisi,机械工程教授,一直致力于他的整个职业生涯发展ESTA技术,线束能量,并将其转化为可用的电能。但时间,我说,是的精髓。 “当你考虑一下我们对抗气候变化方面,很明显,我们正越来越多的时间不多了,”我说。

太阳能来产生有意义的影响,据Buonassisi,研究人员需要开发太阳能电池材料是高效,可扩展,高性价比,可靠。这四个变量带来的工程师是一个挑战 - 开发一个材料,而不是仅仅满足这些因素,他们需要创建了所有四个中的一个蜱盒,可以迅速采取行动,市场尽可能之一。 “如果需要我们75年得到太阳能电池做所有的这些东西推向市场,它不会来帮助我们解决问题的ESTA。我们需要得到它的市场将在未来五年内,补充说:“Buonassisi。

加快发现和新材料的测试,Buonassisi的团队已经开发了一个程序使用高通量实验的那台机器学习和组合 - 一个类型的实验,使在同一时间被筛选了大量的材料。其结果是发现和分析为新小区站点的材料的速度的10倍的增加。

“机器学习是我们的导航工具,”解释Buonassisi。 “它可以去学习的瓶颈,所以我们可以通过材料的研磨和寻找候选人一个满足所有四个变量的周期。”

石井太阳,在Buonassisi小组的科学家,使用机器学习和高通量实验的组合来测试钙钛矿快速评估和太阳能电池。

“我们使用机器学习,加速发现的材料,并开发了一种算法指引我们到下一个取样点,并指导我们的下一个实验,”孙说。以前,这将需要3-5小时的一组太阳能电池材料进行分类。机器学习算法可以在五分钟进行分类的材料。

ESTA方法使用,阳光和Buonassisi制成96层的组合物进行测试。那些,二钙钛矿材料持有的承诺,将进一步测试。

通过使用机器学习作为反设计的工具,研究小组希望,以评估化合物的数千名可能导致,使大规模采用太阳能转换的材料的发展。 “如果在未来的五年里,我们可以用我们开发的生产力工具开发出一套材料,它可以帮助我们确保最佳的将来,我们可以,” Buonassisi补充道。

New materials to trap heat

而Buonassisi的团队专注于开发解决方案,直接将太阳能转化为电能,研究人员包括陈刚,动力工程的卡尔·理查德·索德伯格教授,正在对太阳光转化为技术,将热能转换。从热的热能被用于电力然后提供。

“那,在过去的20年里,我一直工作在材料转化热能转化为电能”陈先生说。而多ESTA材料的研究是在纳米尺度,陈和他的团队在纳米工程组不会陌生,大型实验系统。此前他们建造使用的集中式太阳能热发电(CSP)中按比例接收器系统。

在适量,阳光被用来加热的热流体,熔融:如油或盐。也就是说流体用于通过运行发动机,蒸汽涡轮机如随后产生要么电力,或储存供日后使用。

在4年的项目由美国资助的课程能源部,陈的团队在澳门太阳城最新网站在米德尔顿,马萨诸塞州研究与工程中心贝茨内置接收器QS。他们研制的太阳能热利用气凝胶接收器 - 绰号明星。

该系统依赖于称为直射阳光反射到热容器包含流体管道菲涅尔反射镜。典型地,对于流体阱有效地通过该反射太阳光的热量,这将需要在一个高成本真空管被包住。在明星,不过,陈的团队已用在令人难以置信的高温透明的气凝胶可吸收热量 - 消除对昂贵的真空罩的需要。而在入射太阳光的95%以上,让,气凝胶绝缘性逸出接收机保持其,预防性的热量。

在除了比传统的真空接收器更高效,接收机启用了CSP太阳能反射器气凝胶新配置。是反射镜平坦和比常规使用的抛物面接收器更紧凑,在材料的节约RESULTING。 

“成本是一切与能源的应用,所以其实明星是比大多数热能接收器更便宜,除了被更加高效,是很重要的,”斯韦特兰娜ADDS boriskina,研究科学家陈的团队一起工作。 

该项目在2018年结束后,陈的团队就一直探索在星使用的气凝胶材料的太阳能光热应用。我最近使用气凝胶中含有的热吸收材料的装置。当在屋顶上放置MIT的校园,将其覆盖的气凝胶的层中的热吸收材料达到220摄氏度一个令人惊讶的高的温度。外部空气温度,为了比较,是一个寒冷0℃。不像明星,这个新系统不需要阳光直射,菲涅耳反射镜的导热材料。

“我们最新的使用气凝胶工作使太阳光集中不聚焦光学系统来利用热能,”解读陈。 “如果你不使用聚焦光学系统,你可以开发一个系统,比传统接收器使用更方便,更便宜。”

气凝胶设备可以潜在地进一步发展成一个系统,在加热和在家庭中的冷却系统的权力。

Solving the storage problem

QS而一些报价星接收机一样的能量存储能力,还有一个推动发展可再生能源技术更强大的存储系统。供以后使用存储的能量如果不提供提供资源能源的一致流 - 例如,当太阳被云层遮住,或者很少有到无的风 - 将是对电网的采用可再生能源的关键。解决ESTA问题,研究人员正在开发新的存储技术。  

asegún亨利,罗伯特ñ。诺伊斯职业发展教授,世卫组织制定辰像CSP技术,创建了一个新的存储系统,该系统已-被称为“盒子里的太阳”用两个罐,多余的能量可以存储在白热化的熔融硅。当需要这种多余的能量,光伏电池可以被安装致动到地方白热化光从硅回电力转换。

“这是一个真正的电池,可工作,任何类型的能量转换,补充说:”亨利。

Betar浩,ABS事业发展的教授,同时,正在探索如何改善通过设计新材料提高的今天的电化学蓄电池的能量密度是更符合成本效益和灵活的存储清洁产生的能量。这些材料而不是用开发金属通过能源密集型挖掘提炼,她的目标是使用更多的地球上资源丰富的材料构建的电池。

“理想情况下,我们要建立一个电池,可匹配阳光或风力发电的在不同的时间不能正常供应峰值,而不会降低,因为今天的电池做”解释浩。

除了工作的锂离子电池,如盖草,羊烧-喇叭,W. M.能源的凯克教授,博士后和Reshma饶正在开发可再生能源可以直接转化为燃料的技术。

“如果我们的规模要储存能量超越锂离子电池,我们需要使用的是丰富的资源。”拉奥说。在他们的电化学技术,饶和邵喇叭利用的最丰富的资源一个 - 液态水。

使用活性催化剂和电极,水被分解成氢气和氧气在一系列化学反应。氢成为能量载体,并且可以被存储用于在燃料电池中以后使用。于存储在氢气回电能的能量转化,该反应反转。唯一的副产物是反应ESTA的水。  

“如果我们能得到和储存氢可持续,我们基本上可以使用像风能,潮汐,太阳能可再生能源或通电我们的经济。”拉奥说。

饶坏了,发生在ESTA过程中每一个关键反应。除了聚焦所涉及的电极 - 电解质界面上,她正在开发的新一代催化剂以驱动这些反应。  

“这项工作是在活性位点催化从太阳和风力脱碳运输和工业基础的氢燃料分解水的基本了解前沿,”绍霍恩补充道。

而从供电用化石燃料电网切换principalmente到采用可再生能源网格似乎是一个艰巨的任务,也出现了在发展前途过去的十年。之前,全球气候行动发布的一份报告显示,在峰会九月,由于2.6万亿$的投资,可再生能源的转化率自2010年以来翻了两番。

在报告发布后的声明中,英格·安德森,联合国环境计划署执行主任,强调投资可再生能源和保护人类未来可持续发展之间的关系。 “很明显,我们需要迅速采取这一步骤了整个交换机的步伐,以可再生能源,如果我们要达到国际气候和发展目标,”安德森说。

没有一个单一的转换或存储技术将负责从化石燃料的可再生能源的转变。这将需要在澳门太阳城最新网站研究人员的补充解决方案的挂毯都在这里和世界各地。


Topics: Mechanical engineering, School of Engineering, Renewable energy, Alternative energy, Climate change, Energy, Energy storage, 海洋学与海洋工程, Photovoltaics, Sustainability, Wind, Solar

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