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新技术可以大幅削减制造硅能源使用

威尼斯人官网app的化学教授的大学已经拿出了一个新的和更可持续的方式,使硅温度低得多的那种电子如手机,相机和笔记本电脑使用的先进电池。

在威斯康辛麦迪逊大学的测试反应器内,硅从熔融盐此混合物萃取。延伸到中心的尖头是通过混合携带电流的电极。照片:李木林森
在威斯康辛麦迪逊大学的测试反应器内,硅从熔融盐此混合物萃取。延伸到中心的尖头是通过混合携带电流的电极。照片:李木林森

 

硅,在地球上最常见的元件中的一个,一般是从沙子精制,但它也可以由玻璃来源。硅生产是能源密集的,需要的1700摄氏度的温度。

如今,在网上杂志 应用化学,威尼斯人官网app的 宋金与威斯康星大学的研究人员一帆洞,泰勒斯莱德,和其他同事,已经公布了硅的使用的能源少得多简单的电学提取配方。在新的方法中,所述反应器在650摄氏度 - 被认为通过化学处理器的“低”温度,允许使用更简单的设备的。

在许多方面,新的过程模拟从1886年的发明,所述层站Heroult方法,革命性氧化铝转化为元素铝。霍尔赫鲁特改变铝由贵金属成一个广泛用于车辆,飞机和结构。

华盛顿纪念碑与铝顶点加冕,当它在1884年铝完成了贵金属的霍尔 - 埃鲁法发起的现代铝冶炼行业之前。美国国会图书馆

 

 

 

 

 

“铝是非常奇特的和昂贵的,”金说,“不是因为它是很难找到 - 铝元素是在地球上很常见。这是因为铝金属是让贵。”

这些因素也适用于硅,他指出,虽然对硅的需求可能永远途径,为铝。 “几十年,主要的需求已经对高纯度硅微电子。但是对于低等级硅在可再生能源应用需求的增长,我们需要一个更便宜和能源密集型的方法以较大规模生产硅“。

在大厅-Heroult法,氧化铝溶解在作为电解质,它在反应过程中输送电流的盐。通过电激励时,氧化铝经受所谓的还原化学过程:氧被释放,并且金属铝保持。

今天,硅从二氧化硅中的高温过程,转移的氧碳和释放温室气体二氧化碳的稳定流产生的。

宋金

 

适应铝生产过程中的硅,金的组选择以导出从常见的矿物硅酸钙,其可被溶解在熔融盐中的硅。他们进一步发现的三种盐的混合物 - 氯化钙,氯化镁和氯化钠 - 可以在相对低的温度下熔化,并且仍然溶解硅酸钙。氧化钙的“支持电解质”有助于氧的迅速转移。

所有这些化合物是便宜和常见的,并且将结果 - 至少在实验室 - 是在反应温度的显着降低,以及用于能量和反应器基础设施的需求。

使用熔融盐电解质,歌曲斤和同事在大约一半在今天的工业硅生产工艺所需要的温度用电解放氧从溶解的钙硅酸盐。照片:董一凡

 

 

 

 

所有这些因素都降低了成本,增加了劲。

因为硅,钙和氧气废玻璃燃煤的主要成分,和几个废物,金说,“在较低温度下的实际生产硅芯片的环保策略可以应用到其他熔盐系统也很有希望玻璃和煤灰的回收利用“。

斤表明新的过程可以被用于生产用于大规模材料和能源应用低纯度硅。并且由于反应产生进行与在十亿分之一米测量的直径的纤维,也可能自然地在无数的数字设备内部的锂离子电池中使用。

已经他说,电池制造商正在朝向纳米级硅用于移动在锂离子电池的电极。在原型电池的测试,金的纳米线表现出生存多次充电放电循环能力出色。

威斯康星校友研究基金会 已申请对本发明的专利。

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