物聯網時代的主力電池是它?

2020/02/13


  日本理光將於2月下旬上市世界首款全固態染料敏化太陽能電池。通過將電解質由液體改為固體,在提高耐久性的情況下,成功實現了實用化。如果邁入小型傳感器和「物聯網(IoT)」設備普及的社會,傳感器等的電源將變得重要。這種新型太陽能電池屬於小型電池,無需更換,能解決相應課題,備受期待。

    

  染料敏化太陽能電池的原理是利用吸收可見光的色素,作為屬於發電部位的電解質來收集光線,借助這種能源激發電子。這種電池1991年由瑞士聯邦理工學院洛桑分校的教授麥克·格蘭澤爾開發出來,借助白色光和弱光也能發電。此前使用液體的電解質,如果長期利用,性能將會下降。用途局限於利用絢爛多彩外觀的室內裝飾等。

   

  能夠借助室內光發電

   

  理光把電解質改為固體。即使使用10年時間,發電量也僅下降約2成。單位面積的發電量達到此前的約1.5倍。利用室內光即可産生足以驅動遙控器和小型傳感器的電力。據稱如果採用印刷技術,可輕易製造這種電池,還能降低價格。

    

    

  染料敏化太陽能電池設想用於小型傳感器和物聯網設備。例如,用於在塑膠大棚和工廠裏測定溫度和濕度等的傳感器和紅外線傳感器這種需要進行即時監控的設備等。

    

  理光還計劃銷售內置染料敏化太陽能電池的傳感器。傳感器為手掌大小,設想測量溫度和氣壓等,並將信息發送到終端。該公司認為,雖然傳感器的價格將高於現有産品,但不需要更換電池和佈線工程等成本,將不斷被引進。

   

  染料敏化太陽能電池還具有容易讓設計適應周圍情況的優點。只要改變採用的色素,外表的顏色就會改變。還可以做到透明,但發電量將降至8~9成。設想將來貼在智慧手機等的螢幕上,作為電源來使用。

   

  有分析認為,今後將進一步邁向傳感器普及的物聯網社會。IT專業調查公司IDC日本的數據顯示,世界物聯網設備的數量到2025年將達到416億台。

       


        

  物聯網社會面臨的課題是電源。在設置大量傳感器時,如果需要與電源間佈線,設置場所將受到限制。而在採用鋰離子電池等蓄電池的情況下,需要定期充電,耗費人力。研究太陽能電池的東京大學教授瀨川浩司表示,「太陽能電池最適合用作無人的無線電源」。

   

  從日本國內的染料敏化太陽能電池研究來看,新能源産業技術綜合開發機構(NEDO)自2010年開始提供支援,2011年實現了當時世界的最高轉換效率(11.9%)。

    

內置染料敏化太陽能電池的傳感器

   

  從企業來看,推動實用化的研究也取得進展。日本材料製造商藤倉2015年實現了採用液體電解質染料敏化太陽能電池的傳感器的實用化。夏普2019年開發出了配備染料敏化太陽能電池、發送定位信息的小型信號發射器。

    

  太陽能電池有多個種類,包括矽基太陽能電池等。作為物聯網電源,有機薄膜太陽能電池也受到關注。這種電池産生電力的部位採用有機物半導體,具有重量輕且能彎曲的特點。雖然存在耐久性和高成本等課題,但可以貼在曲面多的設備和柱子等之上發電。

   

  存在轉換效率等課題

   

  另外一個是鈣鈦礦太陽能電池。這種電池2009年在日本被開發出來,雖然仍處於研究階段,但轉換效率提高,比得上普通的矽基太陽能電池,還能實現大面積化。東芝和松下開發出了大面積、高效率的太陽能電池,同時理光攜手日本宇宙航空研究開發機構(JAXA)等展開研究,尋求將之作為人造衛星搭載的太陽能電池。

   

  作為物聯網設備的電源,除了太陽能電池以外,熱電發電等技術也受到期待。其機制是設置在高溫的部位,利用與表面的溫度差來發電,因此能設置的部位有限。此外,利用振動來發電的「振動發電」也面臨相同的制約。

   

  染料敏化太陽電池從發明算起過去近30年,終於將進入全面的普及階段。實現高效率化和低成本化的進度將影響在世界上普及的速度。

   

  日本經濟新聞(中文版:日經中文網)福井健人

   

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