An einem einzigen Tag fällt ausreichend Tageslicht auf die Erde, um die Welt für ein ganzes Jahr mit Energie zu versorgen – vorausgesetzt, wir finden eine Strategie, um diese Energie kostengünstig und effektiv zu nutzen. Während der Preis für {Solar}energie dramatisch gesunken ist, sind gegenwärtige siliziumbasierte {Solar}zellen kostspielig und energieintensiv in der Herstellung, was die Forscher veranlasst, nach Optionen zu suchen.

Perowskit Solarzellen sind ein Hauptkandidat für die folgende Technologie dieser erneuerbaren Energie. Diese Synthetische Materialien sind billiger und benötigen viel weniger Energie zur Versorgung, fallen jedoch in Bezug auf Stabilität und Effektivität hinter viele siliziumbasierte Zellen zurück. Nun ist ein Papier aufgetaucht Naturkommunikation von den Teams Andrew M. Rappe vom College of Pennsylvania und Yueh-Lin Lavatory vom Princeton College geben Aufschluss darüber, wie sich die molekulare Zusammensetzung bestimmter Perowskite auf ihre Wirksamkeit auswirken kann, und bieten einen Weg zur Nutzung von Solarzellen eine einfache Metrik.

„Die Welt verlangt derzeit nach umweltfreundlicheren und kostengünstigeren Photovoltaikzellen, und 3D-Hybrid-Perowskit-PVs haben die Welt im Sturm erobert“, sagt Rappe, Professor an der Penn’s Division of Chemistry, der außerdem das VIPER-Programm von Penn mitleitet. „Allerdings werden sie durch Wasser irreversibel beschädigt, was für vernünftige Zwecke ein Hingucker ist. Das Einfügen natürlicher molekularer Ebenen zwischen 2D-Hybrid-Perowskit-Ebenen ist ein vielversprechendes Schema, um umweltfreundliche, kostengünstige und starke {Solar}-Zellen anzubieten.“

Bei dieser Untersuchung untersuchten die Forscher eine bestimmte Klasse von Perowskiten, die als 2D-Hybrid-Perowskite bezeichnet werden. Im Vergleich zu Perowskiten aus 3D-Kristallen sind diese normalerweise besonders sicher und wie molekulares Baklava mit abwechselnden Schichten auf Metall- und Kohlenstoffbasis aufgebaut Moleküle. Die metallbasierte Schicht, die als anorganische Schicht bezeichnet wird, interagiert mit Licht, um elektrische Energie zu liefern, und ist am effektivsten, wenn ihre Atome richtig ausgerichtet sind. Die kohlenstoffbasierte oder natürliche Schicht besteht aus positiv geladenen Molekülen, die die negativ geladene anorganische Schicht stabilisieren.

Zunächst bereiteten die Mitarbeiter von Princeton einen Satz von 2D-Perowskiten mit völlig unterschiedlichen natürlichen Molekülen vor und lernten, wie diese Moleküle die Ausrichtung der anorganischen Schicht und die {Solar}-Zelleffektivität beeinflussten. Insbesondere untersuchten sie eine Kategorie von schnellen, vielseitigen natürlichen Molekülen, jedes mit einem positive Ladung an einem Ende. Sie sahen, dass die Art des Moleküls den Aufbau und die Energieeffektivität der {Solar}-Zellen beeinflusste, wussten aber nicht genau, warum oder wie. Sie wollten eine atomistische Wahrnehmung, um die experimentellen Ergebnisse und Hypothesen zu verbessern. Dies könnte helfen, die übermäßige Effizienz des Systems zu verdeutlichen.

Also wandten sie sich an Rappe und Arvin Kakekhani, damals Postdoc innerhalb der Rappe-Gruppe, Berater für die Nutzung von Computersystemen zur Modellierung chemischer Wechselwirkungen. „[The Princeton researchers] sind sehr clevere Experimentatoren und hatten eine gute Wahrnehmung auf der experimentellen Bühne“, sagt Kakekhani. „Aber sie wollten Daten und Erkenntnisse auf der atomaren, molekularen Ebene.“ Das ist genau die Form der Arbeit, bei der sich das Rappe-Labor auszeichnet, nachdem es zuvor mit der Lavatory-Gruppe zusammengearbeitet hat, um verschiedene Perowskit-Lieferungen im Kontext der Rationalisierung ihrer mechanischen Eigenschaften zu mannequinen.

Aus den aktuellen quantenmechanischen Berechnungen und Kostenmodellierungsarbeiten entdeckten Kakekhani und Rappe, dass die Moleküle innerhalb der natürlichen Schicht möglicherweise zusammenarbeiten und sich paarweise oder im Zickzack zwischen den metallbasierten Schichten der Perowskite aufreihen.

Bei der Bildung dieser Paare oder Zickzacks interagierten die natürlichen Moleküle viel weniger mit der metallbasierten Schicht, wodurch sich das Schichthaus korrekt ausrichten und die Effizienz der nachfolgenden {Solar-}Zellen verbessern konnte. Je leichter sich die natürlichen Moleküle paaren und aus der anorganischen Schicht ausweichen können, desto höher ist die Leistungsfähigkeit der resultierenden {Solar-}Zelle.

Diese Bemerkung allein lieferte die Erkenntnis, wie man höhere Perowskite herstellt. Kakekhani fragte sich jedoch, ob er eine Strategie finden könnte, um dieses Phänomen auf einfache Weise zu erfassen, die das Zusammenspiel zwischen natürlichen und anorganischen Schichten beschreibt. Nach dem Testen verschiedene Modelle, landete er auf einem, der beschrieb, wie weit die Wechselwirkungen innerhalb der natürlichen Schicht die konstruktiven Kosten von der anorganischen Schicht abzogen. Dann untersuchte er es, um zu sehen, ob es vorhersagen würde, wie gut sich die anorganische Schicht ausrichten würde und wie gut die Solarzellen funktionieren könnten.

Anstatt ein Mannequin zu werden, das das Wissen aus dem Experiment nutzt, entschied er sich dafür, es nur zu konstruieren, indem er das mathematische und körperliche Verständnis dafür nutzte, wie chemische Verbindungen zusammenarbeiten. Dies wird als „First-Principles Supplies Modeling“ bezeichnet.

Diese Arten von Moden ringen normalerweise darum, reale Ergebnisse genau zu reproduzieren, da sie zu einfach sein könnten, wenn sie nur eine kleine Teilmenge erreichbarer Phänomene betrachten, die in einem ausgefallenen Experiment betroffen sind. First-Principle-Modellierung wird besonders effektiv, wenn sie die körperliche Wahrnehmung fördern und das Verständnis dafür verbessern kann, wie man einen ausgefallenen Nachteil auf einen einfacheren reduziert, ohne die Stabilität des Modells zu beeinträchtigen.

In diesem Fall sagte Kakekhani die Merkmale des wirklichen Lebens mit überraschend übermäßiger Konstanz voraus. Mathematisch ausgedrückt liefert sein Mannequin einen Willenskraftkoeffizienten von > 0,95, fast eine ideale lineare Korrelation. „Ich hatte noch nie zuvor eine so ideale Übereinstimmung zwischen Moden der ersten Prinzipien und ausgeklügelten experimentellen Observablen gesehen“, sagt Kakekhani. „Ein Mannequin, das in einem PC sitzt und nichts über das Experiment weiß, an tatsächlicher Materie mit allen Arten von Defekten und größeren Gebäuden anzubringen – das war wirklich atemberaubend.“

Da diese Metrik nur will, dass ein PC die Solarzelleneffizienz vorhersagt, könnte es Wissenschaftlern ermöglichen, zu entscheiden, welche Moleküle in Perowskiten am besten funktionieren, bevor sie ins Labor kommen, und Forschern helfen, ihre Bemühungen auf die im Wesentlichen vielversprechendsten zu beschränken Kandidaten. „Es gibt tatsächlich Hunderttausende von Molekülen, die Einzelpersonen versuchen könnten. Aber hunderttausende {Solar-}Zellen herzustellen, ist sicher nicht ganz einfach“, sagt Rappe. „Dies bietet Einzelpersonen eine einfache Bewertungsregel, anhand derer sie analysieren können, ob ein Molekül, das sie in Betracht ziehen, eher die Produktivität der Solarzelle verbessert.“

Früher oder später, sagt Rappe, könnten diese Erkenntnisse auch bei Perowskit-LEDs hilfreich sein. Wenn diese Perowskite Licht effektiv in Energie umwandeln können, müssen sie in der Lage sein, etwas Ähnliches zu tun, wenn sie Energie in Licht umwandeln. Die Teams wollen sehen, ob das gleiche Modell für ganz andere anorganische Schichten und eine breitere Palette von Materialien gilt organische Moleküleoder ob andere Elemente berücksichtigt werden müssen, um das genau zu modellieren Perowskit.

Im Moment nutzt das Modell jedoch einen Wert, um die Effizienz einer schicken Solarzelle vorherzusagen, und die Einfachheit des Modells ist seine Energie, sagt Kakekhani. „Einfachheit schafft Wahrnehmung, und diese Wahrnehmung kann tatsächlich schöne Fortschritte in der Wissenschaft hervorbringen, weil sie in den nichtlinearen erfinderischen Teil Ihres Verstandes eindringt. Es bleibt dort und es hilft dir, dir alle Arten von Intuitionen zu geben.“

PORTSMOUTH – Die Beamten von Mayflower Wind halten an dem Vorstoß fest, Übertragungskabel in ganz Portsmouth zu verlegen, und jetzt schlagen die Einwohner vor, dass die Stadt in der Lage ist, von der Lage der Dinge zu profitieren.

Mayflower Wind hielt am Dienstag eine öffentliche Sitzung mit kommunalen Interessenvertretern ab, als seine erste Anhörung mit dem State Energy Facility Siting Board näher rückte, und schickte den Leiter für Übertragungsverbesserung, Lawrence Mott, und den Hauptberater Daniel Hubbard zur Versammlung des Stadtrats von Portsmouth, um eine Präsentation zu senden und anzuhören Fragen und Feedback von der Gemeinde und den Bewohnern.

Viele Ratsmitglieder und Anwohner stellten Fragen und äußerten Bedenken bezüglich der Herausforderung, und obwohl nach dem Dialog aufgrund der Erstellung der Versammlungsagenda kein schneller Antrag gestellt wurde, deutete Ratsmitglied Keith Hamilton an, dass er eine Entscheidung über die nachfolgende Versammlung des Rates am 24. August einbringen werde . 22, der „der Verwaltung und dem Rat die Flexibilität ermöglicht, alle Berater und/oder autorisierten Empfehlungen, die sie früher oder später wünschen würden, einzustellen und ebenso früher oder später bestimmte Angelegenheiten des Energy Facility Siting Board anzufordern.“

Ratspräsident Kevin Aguiar sagte außerdem, die Stadt Portsmouth habe am 11. Juli eine Interventionsanzeige bei der staatlichen EFSB eingereicht, die der Stadt bei der Schlussanhörung von Mayflower „Interventionsstatus“ einräumt. Die für den 18. August geplante Voranhörung erlaubt eine öffentliche Stellungnahme, jedoch keine öffentliche Äußerung.

Einwohner von Portsmouth fragen: Was haben wir davon?

Peter Roberts, ein Einwohner von Portsmouth, der sagte, er habe zuvor an Infrastrukturarbeiten gearbeitet, die vergleichbare Kabel und Bohrmethoden erforderten, sagte, es sollte keinen Nachteil geben, das Kabel unter Wasser zu verlegen, bis nach Somerset, Massachusetts, durch das Sakonnet-Becken und unter der Sakonnet River Bridge, anstatt das Kabel durch eine Reihe von Feuchtgebieten innerhalb des Island Park-Raums zu verlegen.

Mott sagte, das Unternehmen erkunde diese Route derzeit nicht aktiv und stellte klar, dass der Wunsch des Unternehmens, durch Island Park zu fahren, nichts mit finanziellen Einsparungen zu tun habe, sondern mit Problemen in Bezug auf Bootsbesucher, Partikel von der alten Steinbrücke und mehr robuster Gezeitenstrom durch das Becken.

Ben Furriel von der Gideon Lawton Lane war einer von mehreren Einwohnern, die herausfanden, dass Portsmouth ein wahrscheinlich starker Handelsplatz ist, da Mayflower Portsmouth für eine Herausforderung nutzen muss, die der Stadt keinen schnellen Gewinn bringt.

Er forderte die Stadt auf, gemeinsam einen Zeitplan als Vorläufer für eine gut koordinierte Auseinandersetzung mit dem Projekt zu erstellen, und postulierte die Vorstellung, dass Mayflower die Rechnung für native MINT-Programme oder eine andere Art von direktem Gewinn begleichen würde.

Hamilton ging weiter und schlug der Stadt vor, sich gegen die Verlegung von Kabeln zu wehren, bis Mayflower und seine Unterstützer mit Portsmouth zusammenarbeiten, um eine zweite LNG-Pipeline am nördlichen Ende von Aquidneck Island zu verlegen.

Hamilton war besorgt darüber, dass die derzeitige LNG-Leitung der Insel durch die Einrichtung oder zukünftige Wartung der geplanten Übertragungskabel gefährdet werden könnte, und verwies auf einen Kraftstoffausfall im Jahr 2019, der fast 7.500 Nationwide Grid-Kunden jede Woche im Januar ohne Wärme zurückließ.

Es könnte in der Umgebung einen Präzedenzfall für Offshore-Windkraftfirmen geben, die Kommunen weit über den Preis eines naturwissenschaftlichen Schulungsprogramms zahlen, um Zugang zu einer Landung für Übertragungskabel zu erhalten.

In Massachusetts hat Avangrid Renewables kürzlich einen Vertrag unterzeichnet, um der Stadt Barnstable über einen Zeitraum von 25 Jahren 16 Millionen US-Dollar sowie Industriesteuern zu zahlen, um Übertragungskabel aus demselben Pachtvertrag zu landen, in dem Mayflowers Generatoren gebaut werden könnten.

In New York kann Deepwater Wind South Fork LLC, deren Hauptfirmen Ørsted und Eversource Energy sind, der Stadt East Hampton 25 Jahre lang jährlich 870.000 US-Dollar zahlen, zusammen mit einer Steigerung von 2 % nach den ersten 12 Monaten. Das Ganze umfasst 28,9 Millionen US-Dollar, zusammen mit 100.000 US-Dollar an geotechnischen Eintritts- und Lizenzgebühren, die bereits an die Stadt gezahlt wurden.

Laut einem Nachbarschaftsbericht ist die Gebühr fast viermal so hoch wie die Menge, die der Entwickler der Stadt zuerst geliefert hat – 8 Millionen US-Dollar – als die ersten Gespräche begannen. Der Entwickler sollte außerdem städtische Grundsteuern für seine Onshore-Infrastruktur zahlen, die über die Dauer des Wettbewerbs voraussichtlich weitere 4 Millionen US-Dollar einbringen werden.

Hubbard, Mayflowers Anwalt, wies den Rat darauf hin, dass das Unternehmen sofort Steuern auf seine Anlagen in Portsmouth zahlen kann, und bestätigte die Bereitschaft des Unternehmens, sofort mit der Stadtverwaltung zusammenzuarbeiten, um eine gerechte Vereinigung zu erreichen.

Mietregulierungsbehörde von Little Compton und Middletown, Suche als Streithelfer

Während Portsmouth als sofort betroffenes soziales Treffen sofort eine Intervention einreichen konnte, haben sowohl Little Compton als auch Middletown Anträge auf Intervention gestellt. Mayflower Wind hat dagegen Einspruch eingelegt, da die Kabel nicht in beiden Städten landen und die Gewässer, durch die sie fließen, wenn sie vom Atlantik in das Sakonnet gelangen, vom Staat verwaltet und von staatlichen Unternehmen kontrolliert werden .

Als frühes Signal für das Engagement von Mayflower Wind, das Wirtschaftssystem von Rhode Island positiv zu beeinflussen, beauftragte das Unternehmen die einheimische Regulierungsbehörde Partridge, Snow und Hahn, ihre Einwände gegen die Mitteilungen von Middletown und Little Compton einzureichen.

Die EFSB forderte Middletown und Little Compton auf, „Memorandas of Regulation einzureichen, um ihre jeweiligen Positionen mit zusätzlicher Genauigkeit und Element zu präzisieren, und sich damit zu befassen, wie alle Aktivitäten der Städte, die von ihren jeweiligen Interventionsanträgen anerkannt wurden, auch sofort und wesentlich betroffen sein könnten“.

Während jede Stadt eine Bestandsaufnahme der Probleme im Zusammenhang mit ihrer Entschlossenheit, einen Sitz auf dem Schreibtisch zu ergattern, vorlegte, forderte die EFSB sie auf, deutlich zu machen, warum diese Probleme von DEM und CRMC, den staatlichen Unternehmen, die Rhode Island regulieren und verteidigen, nicht angemessen geschützt würden Gewässer und Küstengemeinden.

Jede Stadt reichte die angeforderten Memoranden ein, und der EFSB wird nach Anhörung der Argumente in der vorläufigen Anhörung eine Willenserklärung abgeben, ob beiden Kommunen die Stellung als Streithelfer gewährt werden könnte oder nicht.

Beide Städte haben auch die Unternehmen von Desautel Legislation, einer auf Umweltregulierung spezialisierten Nachbarschaftsbehörde, angeworben, um ihre Bemühungen im Rahmen des Mayflower Wind-Vorschlags vor dem EFSB zu charakterisieren. Tiverton dachte bei einer am Dienstag abgehaltenen Stadtversammlung darüber nach, ebenfalls einen Anwalt zu engagieren, war jedoch entschlossen, den Dialog zu beenden und abzuwarten, wie sich die allgemeine öffentliche Meinung entwickelt.

Mayflower veranstaltet am 16. August um 18:30 Uhr ein „digitales Open Home“, um die Stadtbewohner und die breite Öffentlichkeit am Morgen des 18. August in der EFSB-Einrichtung in Warwick über die Herausforderung zu informieren öffentlich zugänglich und können von der EFSB-Website gestreamt werden.

Die Biden-Harris-Administration über die US-Energieministerium (DOE), hat eine Informationsanfrage (RFI) über die Veranstaltung und Umsetzung eines 675 Millionen US-Dollar schweren Analyse-, Wachstums-, Demonstrations- und Kommerzialisierungsprogramms für wichtige Verbrauchsmaterialien herausgegeben. Dieses System, das von Präsident Bidens überparteilicher Infrastrukturgesetzgebung finanziert wird, wird Schwachstellen innerhalb der Versorgungskette für die Versorgung mit wesentlichen Haushaltsgütern angehen, die jeweils einen finanziellen Nachteil und ein Hindernis für die klare Energiewende darstellen.

Wichtige Vorräte, die Seltenerdkomponenten, Lithium, Nickel und Kobalt enthalten, werden für die Herstellung vieler klarer angewandter Energiewissenschaften benötigt, darunter Batterien, Elektroautos, Windgeneratoren und Solarmodule. Dieses System wird die Beschaffung und Herstellung zu Hause vorantreiben.

„Wir werden die klaren Energieverpflichtungen von Präsident Biden einhalten und unser Land sicherer machen, indem wir unsere Kapazitäten zur Versorgung, Lieferung und Herstellung wichtiger Güter direkt hier im Haus erhöhen“, sagt US-Energieministerin Jennifer M. Granholm. „Die überparteiliche Infrastrukturgesetzgebung unterstützt die Bemühungen des DOE, Geld in die Konstruktionsblöcke sauberer angewandter Energiewissenschaften zu stecken, die Amerikas Fertigungsmanagement wiederbeleben und neben den Vorteilen hervorragend bezahlter Arbeitsplätze produzieren können.“

Die weltweite Nachfrage nach Grundnahrungsmitteln wird sich in den nächsten Jahren voraussichtlich um 400-600 % erhöhen. Für sichere Lieferungen, die Lithium und Graphit entsprechen, die in Elektroautobatterien verwendet werden, wird die Nachfrage voraussichtlich um bis zu 4.000 % steigen. Die vollständige Technologie von DOE erfordert eine erhöhte Herstellungs- und Produktionskapazität für heimische Rohstoffe, die die Abhängigkeit von internationalen Quellen wesentlicher Lieferungen verringern, Amerikas klare Energieversorgungskette sichern und zusätzliche Arbeitsplätze im Zusammenhang mit der klaren Energiewende schaffen würde.

Das durch das Energiegesetz von 2020 eingeführte und durch die überparteiliche Infrastrukturgesetzgebung erweiterte DOE-Programm für wichtige Lieferungen wird Lieferungen, Teile und angewandte Wissenschaften entwickeln; Förderung einer umweltfreundlichen Herstellung und Verwendung sowie runder wirtschaftlicher Systemansätze; und garantieren eine langfristige, vielfältige, sichere und nachhaltige Grundversorgung. Das Analyseprogramm für wichtige Vorräte wird auf der jahrzehntelangen historischen Vergangenheit des DOE in Bezug auf die Finanzierung von Lieferketten für wesentliche Vorräte aufbauen, das grundlegende Analysen zu Versorgungswissenschaften, Trennungswissenschaften und Geowissenschaften umfasst; öffentlich-private Partnerschaften, wie etwa das Institut für wichtige Lieferungen; und Bemühungen zur Validierung und Kommerzialisierung neuer angewandter Wissenschaften durch Demonstrationsaufgaben.

Das Programm zur Analyse wichtiger Vorräte RFI bittet Unternehmen, Hochschulen, Analyselabors, Behörden, staatliche und einheimische Koalitionen, Gewerkschaften, Stämme, gemeinschaftsbasierte Organisationen und andere um Vorschläge zur Erstellung dieser Anwendungen, zum Zeitpunkt und zur Verteilung von Geldern, und Wahlstandards. Feedback muss bis 17:00 Uhr ET am 9. September 2022 eingeholt werden und kann an CriticalMaterialsProgramRFI@ee.doe.gov gesendet werden.

Bild: “Sonnenkollektor” durch OregonDOT ist darunter lizenziert CC BY 2.0