ミシガン工科大、三次元グラフェンで色素増感太陽電池の白金電極を代替

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ミシガン工科大学の材料科学者 Yun Hang Hu 教授らが、色素増感太陽電池に使用される白金を三次元グラフェンで代替することに成功した。太陽電池の変換効率を落とさずに、高価な白金を安価な炭素材料で置き換えることができるという。2013年7月29日付けの Angewandte Chemie に論文が掲載されている。

電界放出型走査電子顕微鏡(FESEM)による三次元グラフェンの画像 (Hui Wang image)

通常のグラフェンは二次元の平面だが、研究チームは今回グラフェンを三次元状に合成する独自の方法を開発した。同方法では、化学反応によって酸化リチウムと一酸化炭素を結合させて炭酸リチウム(Li2CO3)とグラフェンを形成する。炭酸リチウムにはグラフェンシート間の分離を促す働きがあるため、グラフェンシート同士が結合してグラファイトになることを防ぐことができる。炭酸リチウム粒子は酸処理によって三次元グラフェンから容易に除去することができるという。

研究チームは、三次元のハチの巣状グラフェンが高い導電性と触媒活性を持っていることを解明。この新材料がエネルギー貯蔵・変換に応用できる可能性があるとした。これを実証するため、色素増感太陽電池に使用される白金対向電極を三次元グラフェンで置き換え、その性能を測定した。

三次元グラフェン電極を用いた太陽電池セルの変換効率は7.8%あり、白金電極を用いた従来型セルの変換効率8%とほぼ同等であった。三次元グラフェンの合成は、コストも高くなく難しい処理でもないため、色素増感太陽電池の対向電極とする上での特別な課題はないという。


発表資料

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