前瞻技術脈動：能源技術（202511）

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科技產業資訊室(iKnow) - 技術發展藍圖研析團隊發表於 2025年4月23日

圖、前瞻技術脈動：能源技術（202511）

太陽、永續性和矽：雙倍的太陽能燃料研究
新型半導體材料可以有效地捕捉陽光並催化二氧化碳轉化為有價值的產品，例如液體燃料。然而，形成單一產品通常具有挑戰性。分子催化劑可以由二氧化碳(CO2 )形成單一產物，但不穩定。因此，許多科學家表示，這兩種方法都不足以進行大規模生產

在過去的十年中，旨在創造可持續的太陽能液體燃料的基礎研究已經走到了十字路口。新型半導體材料可以有效地捕捉陽光並催化二氧化碳轉化為有價值的產品，例如液體燃料。然而，形成單一產品通常具有挑戰性。分子催化劑可以由二氧化碳(CO2 )形成單一產物，但不穩定。因此，許多科學家表示，這兩種方法都不足以進行大規模生產。新的半導體材料與新的分子催化劑結合起來，形成更強大、更精簡的技術，這些技術可以擴展以供更廣泛的使用。它可能會帶來改變遊戲規則的替代燃料產品，這些產品具有去除空氣中二氧化碳的額外好處。太陽能混合方法中心 (CHASE, Center for Hybrid Approaches to Solar Energy) 發表在《美國化學會雜誌》的兩項新研究專注於矽基光電極，以太陽能電池中吸收陽光並將其轉化為電能的組件。第一項研究中，研究人員建構了一個由矽微柱陣列組成的電極，電極上塗有一層超疏水氟化碳。在第二項研究中，開發了一種涉及多孔矽薄晶片的技術，多孔矽是蝕刻有稱為奈米孔的通道的矽。這兩項工作都開發了採用矽和分子催化劑的CO2還原光電極，但採用了截然不同的方法。
參考資料：Sun, sustainability, and silicon: A double dose of solar fuel research. TechXplore. 2024/05/17.

使用核磁共振光譜技術設計更安全、更高效能的鋰電池
如何設計更安全且高性能的鋰金屬電池，以解決其商業化過程中的反應性問題和性能下降問題。哥倫比亞大學工程團隊在《Joule》期刊發表了一篇研究論文，探討如何利用核磁共振光譜技術設計鋰金屬電池的陽極表面。鋰金屬電池相比傳統的石墨電池具有更高的能量密度，適用於電動車和小型飛機等領域，但其高度反應性導致鈍化層的形成，影響電池性能。研究團隊運用核磁共振光譜技術，精確探測鋰離子在電極表面與鈍化層之間的運動，並分析表面化學成份。發現不同的電解質配方可形成不同的鈍化層結構，從而影響鋰離子的傳輸速率和電池性能。研究顯示，透過調整鈍化層中的化合物排列，可優化電池性能，有望推動鋰金屬電池的商業化進程，使其更安全高效。
參考資料：Using magnetic resonance spectroscopy to design safer, higher-performance lithium batteries. TechXplore. 2024/05/20.

陽光捕捉裝置可生產超過1000°C的溫度
蘇黎世聯邦理工學院的工程師開發了一種裝置，可以高效地捕捉太陽能，產生超過1000°C（1832°F）的高溫，有望成為製造鋼鐵、玻璃和水泥等材料的綠色替代能源。這些材料的生產需將原料加熱至超過1000°C，通常依賴燃燒化石燃料，非常耗能。現有的太陽能爐效率低，難以達到所需高溫。為提高效率，研究團隊設計了一種帶有300 mm石英層的太陽能接收器，該層可以阻止熱能流失。實驗表明，經改良的接收器能輕易達到1050°C。模型顯示，這種設計可使接收器達到1200°C，並保持70%的能量輸入效率。研究團隊期待此裝置能成為實現工業脫碳的解決方案之一。該研究發表在Device期刊上。
參考資料：Sunlight-trapping device can generate temperatures over 1000°C. New Scientist. 2024/05/16.

使用氟化醚稀釋劑延長鋰金屬電池的使用壽命
鋰金屬電池，即具有鋰金屬陽極的電池，是最有前途的下一代電池設計之一。儘管如此，迄今為止，鋰金屬的反應性透過損害穩定的固態電解質界面（SEI）的形成，大大限制了它們的循環穩定性，最終導致電池壽命縮短。賓州州立大學、伊利諾大學芝加哥分校和阿貢國家實驗室的研究人員使用高度氟化的環醚（3,3,4,4,5,5-六氟四氫吡喃，HFTHP ），它對鋰金屬離子和金屬離子表現出有限的反應性。研究人員合成了一種氟化環醚，具有最小化的鋰離子配位能力和增強的電化學穩定性。我們透過區分雙陰離子對SEI 層的貢獻，證明了其在操縱SEI 形成過程中的關鍵作用。這種 SEI 可以顯著提高鋰金屬陽極的穩定性和可逆性。由此產生的鋰金屬電池具有非常長的循環壽命、改進的自放電能力和高溫性能。(1566字；圖1)
參考資料：Extending the lifespan of lithium-metal batteries using a fluorinated ether diluent. TechXplore. 2024/05/24.

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