前瞻技術脈動：能源技術（202515）

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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5月28日

圖、前瞻技術脈動：能源技術（202515）

「無重量」電池直接將能源儲存在碳纖維結構中
車輛、飛機和風車等可利用整合能源儲存的輕量結構電池，實現更高效率和更長運行時間，不受使用傳統電池時的限制。由Chalmers University of Technology和創投公司Chalmers Ventures成立的新創企業Sinonus正在推進一項開創性的概念，即直接將能源儲存整合到碳纖維結構中。這種創新方法被稱為「無重量」(weightless)電池，不僅利用碳纖維本身輕量化的特性，還將其轉化為能儲存電能的電極。該技術最初是與Volvo共同開發，已有十多年的歷史，在Chalmers University of Technology的領導下得到了顯著進展，找到能在電導率(electrical conductivity)和結構完整性(structural integrity)間取得平衡的特定碳纖維類型。Sinonus於2022年成立並獨立營運，繼續完善這項技術，旨在徹底革新電動車和再生能源等多種產業。儘管面臨與傳統鋰離子(lithium-ion)電池相比能量密度(energy density)較低的挑戰，Sinonus已成功在實驗室測試中驗證了其概念的可行性，替代了低功率應用中的AAA電池。目前Sinonus正專注於擴展技術規模，以為更大的設備和車輛提供動力，旨在提升效率和安全性，同時減輕整體系統重量。
參考資料：Weightless' battery stores energy directly in carbon fiber structures. New Atlas. 2024/06/18.

重大核融合里程碑：普林斯頓科學家在反應爐設計中發現革命性進展
在過去的幾十年中，人們一直擔心商業規模的核融合裝置會產生密集和高溫的電漿(plasma)，進而損壞偏濾器板(divertor plate)。由Choongseok Chang領導的Princeton Plasma Physics Laboratory、Oak Ridge National Laboratory和ITER Organization研究團隊發表於《Nuclear Fusion》期刊的研究成果指出，該團隊在核融合反應爐設計中取得了重大突破，發現在托卡馬克(tokamak)反應爐中產生的強烈排熱(exhaust heat)比先前預想的更均勻地分布在反應爐表面上，從而降低了關鍵元件損壞的風險。透過使用先進的電腦編碼進行詳細模擬，研究團隊發現電漿粒子在磁場表面上以更分散的方式移動。研究發現挑戰了傳統觀念，即熱量會集中在移除排熱和粒子的偏濾器板(divertor plate)上。模擬結果顯示，被稱為同宿糾纏(homoclinic tangle)的亂流磁擾動(turbulent magnetic disturbance)分散了熱負載(heat load)，從而降低了損壞的可能性。研究成果顯示，未來的核融合反應爐可透過導入針對性不純物注入(targeted impurity injection)以輻射出多餘熱量，進而更高效地運作並具有更長的使用壽命，增強性能和穩定性。該研究是由Fusion Energy Sciences and Advanced Scientific Computing Research和SciDAC Partnership Center for High-fidelity Boundary Plasma Simulation資助。
參考資料：Major Fusion Milestone: Princeton Scientists Discover Game-Changer in Reactor Design. SciTechDaily. 2024/06/20.

綠氫突破，以水代替銥
質子交換膜電解(Proton Exchange Membrane electrolysis)可有效從水中提取氫氣，其唯一的排放物是氧氣，對環境友善，但該製程必須使用的銥(iridium)元素稀少且成本高昂，阻礙其大規模應用。由Institute of Photonic Sciences研究團隊發表於《Science》期刊的研究成果指出，該團隊透過開發新的陽極催化劑(anode catalyst)，取得了綠氫生產的重大突破。該催化劑適用於質子交換膜(Proton Exchange Membrane, PEM)系統，傳統上依賴稀有且昂貴的銥(iridium)金屬。這種新的催化劑由更常見的元素鈷(cobalt)和鎢(tungsten)製成，並採用了將陽極浸漬(impregnating)在水中的獨特設計。這種水浸漬創造了一層水屏障(aqueous shield)，保護陽極免受電解過程中的酸性環境影響，防止快速降解(degradation)。實驗結果顯示，這種新材料的電流密度(current density)增加了五倍，達到1 A/cm²，並在此高密度下保持穩定超過600小時。雖然這種新合金尚未達到傳統陽極的長期穩定性，但其性能標誌著重要的進步。研究團隊計劃透過探索其他豐富且問題較少的材料，如錳(manganese)和鎳(nickel)，進一步提升PEM系統的永續性，革新綠氫生產，減少對稀有且存在倫理問題的資源的依賴。
參考資料：Green hydrogen breakthrough swaps in water for iridium. New Atlas. 2024/06/21.

科學家透過新的分子設計實現了有機太陽能電池20%的效率
香港理工大學的科學家設計出可提供更高開路電壓(Voc)的NFA分子/光電壓，同時維持分子結構相容性。將NFA合併到二元PM6:eC9 OSC中創建三元系統，成功實現了更高的Voc和功率轉換效率。此元件具有提升的電荷轉移態，可顯著減少能量損失，並具有優異的效率、混溶性、結晶度和能階相容性。20%電力轉換效率的實現標誌著光伏 (PV) 技術的一個重要里程碑。光伏是將光（光子）轉換為電（電壓）的過程。(1470字；圖1)
參考資料：Scientists achieve 20% efficiency in organic solar cells with new molecular design. TechXplore. 2024/06/21.

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