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Nature Energyは、オンラインでのみ発行される学術誌で、エネルギーのあらゆる側面に興味があります。エネルギーの生成と貯蔵、配布と管理、異なる役割の者たちが持つニーズとデマンド、エネルギー技術と政策が異なる社会に与える影響などです。この学術誌は、次世代の技術とソリューションの開発を促進する知識を進める研究に特に興味があります。Nature Energyは、自然科学、行動科学、社会科学からの研究を掲載します。
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ノートのスレッド
運用中の集光型太陽光発電プラントのデータのためのPAINTデータベース、FAIRデータ原則に準拠
運用データの利用可能性の制限は、集光型太陽光発電の開発を遅らせています。この問題に対処するため、Phippsらは、ドイツのユリッヒにあるプラントからの複数年データをまとめた、FAIRでオープンアクセスなデータベースであるPAINTを開発しました。
産業的な過剰生産能力は、電力使用における季節的な柔軟性を可能にする。
Lyuらは、かつては負担と見なされていた産業の過剰生産能力が再利用可能であることを示しています。彼らは中国のアルミニウムセクターを例として、過剰な生産能力と資材貯蔵が、エネルギーコストを削減するための季節的な柔軟性を提供できることを実証しています。
触媒が歩くのを見る
電極触媒表面は動的ですが、ナノメートルスケールの電流と構造を広範囲に相関させる方法はほとんどありません。干渉電気光学顕微鏡は現在、50 nm および 10 ms の解像度で電気化学的電流を画像化し、MoS2 上の水素発生が特定の結晶学的方向に沿って開始および伝播することを示しています。
著者訂正：効率的なオールペロブスカイトタンデムのための安定したスズ–鉛ペロブスカイトインク
アニオン交換膜ゼロギャップCO2電解槽におけるイオンと水の相互接続輸送の理解
低温度アニオン交換膜ゼロギャップCO2電解槽における長期安定性の達成は、塩析出とフラッディングによって妨げられ、CO2輸送が制限されます。このPerspectiveでは、著者らはイオンと水の輸送プロセスの間の相互作用を探求し、セルランタイムを延長するために両方を同時に管理する戦略の必要性を強調しています。
グローバル海運気候政策のライフサイクル・パースペクティブとの整合
IMO Net-Zero Frameworkは、価格メカニズムと燃料基準の組み合わせを通じて、気候への影響が少ない海洋燃料の採用を促進します。しかし、燃料の選択は、クリーンエネルギーをめぐるセクター間の競争に依存します。政策は、影響を燃料供給チェーンに移行させることを避け、土地利用や鉱物資源の枯渇を含む、より広範な環境への影響に対処するために、ライフサイクル全体を考慮する必要があります。
グローバル海運政策下における船舶燃料の選択と関連するライフサイクル環境影響
海運は脱炭素化が困難なセクターであり、エネルギーをめぐって競合し、排出削減のためには効果的な政策を必要としています。本研究は、燃料基準と賦課金を組み合わせることで、アンモニアのような低炭素燃料の導入が加速される可能性があるが、他の環境への影響が増加する可能性があることを示しています。
タンデム水熱分解および気相水素化によるプラスチック廃棄物の常圧ジェット燃料シクロアルカンへの変換
プラスチック廃棄物をジェット燃料に変換することは、航空分野の脱炭素化を支援する可能性がありますが、現在の方法は高圧要件と低効率によって制限されています。ここでは、著者らは、Ru/Co-Al酸化物触媒を使用したタンデム水熱分解および気相水素化戦略を発表し、低圧で有望な速度と収率を達成しています。
効率的なオールペロブスカイトタンデムのための安定したスズ–鉛ペロブスカイトインク
低バンドギャップの錫鉛ペロブスカイトは太陽電池の効率を向上させることができますが、錫の酸化により急速に劣化します。ここでは、著者らはインクを300日以上にわたって安定化させるプロトンスカベンジング添加剤を追加し、単接合セルで24.06%、タンデムセルで29.56%の認定効率を可能にしました。
動的な金属イオン架橋を有する薄くて強靭なポリマー電解質膜
ポリベンズイミダゾールの動的な銅イオン架橋により、薄いながらも機械的に強固なポリマー電解質膜が得られる。この膜を組み込んだ燃料電池は、高いピーク電力密度を達成し、高温下で良好な安定性を示す。
添加剤支援液体媒体アニーリングによるペロブスカイト太陽電池の歪み緩和と安定性向上
アニーリングプロセスはペロブスカイトにひずみを導入し、太陽電池の安定性を損なう。Xiaofeng Gaoらは、溶融可能な添加剤である1,4-ブタンスルタムを使用することで、この問題に対処し、ひずみを緩和し、動作安定性を向上させている。
島嶼国の強靭な電力インフラとエネルギー移行
Nature Energyは、化石燃料からの移行における電力とエネルギーへのアクセスに関して、島嶼国のレジリエンス強化の課題とアプローチについて、ライナー・レモイン研究所のオフグリッドシステム研究ユニット長であるポール・ベルソー氏と対談しました。
CO2を利用した回復
陽イオン汚染は、商用プロトン交換膜燃料電池における高活性白金合金触媒の展開を長らく妨げてきた。現在、CO2支援型回収プロトコルにより、稼働中のセル内部から汚染物質を除去することが可能になり、白金合金触媒の実用的な展望を再定義する可能性がある。
米国の電気自動車バッテリー供給の確保には、国内での取り組みと国際的な調達が必要である
国内生産の拡大と需要側戦略の実施は、米国の電気自動車用バッテリーの材料不足を大幅に縮小できるが、これらの取り組みでは2035年の予測需要を満たすには至らない。米国のバッテリー供給を確保するため、米国は国内サプライチェーンの全段階への投資を支援し、バッテリー材料の需要を削減・シフトさせ、国際的な供給を確保し続ける必要がある。
効率的なペロブスカイトシリコンタンデム太陽電池のための汎用性の高い成膜プロセスとしての近接空間昇華
ペロブスカイト太陽電池の研究によると、生産規模の拡大には、より高速で信頼性の高いフィルム製造方法が必要となる。本研究では、効率的な単接合およびタンデムデバイス用の高品質な広帯域ギャップフィルムを形成する、シンプルな高レートプロセスを紹介する。
アニオン還元触媒中心は、高速充電Siアノードの界面溶媒和構造を制御する
Siアノードにおける安定した急速充電には、界面溶媒和構造が鍵となります。Qiaoらは、S空孔駆動型アニオン還元触媒がこれらの構造を制御し、LiFリッチな固体電解質界面を形成することで、超急速充電と長寿命化を実現することを示しています。
米国電気自動車バッテリーサプライチェーンにおける材料供給・需要ギャップに対処するための戦略評価
米国が電気自動車用バッテリー材料の供給確保に取り組む中、Luらは、国内サプライチェーン全体への投資、需要側戦略、そして継続的な国際調達が必要となることを示している。
水素からの転換
電子スピンは電気触媒作用ではしばしば考慮されないが、反応経路を決定する上で重要な役割を果たす可能性がある。新しい研究では、キラル（ねじれた）銅がCO2の電気還元中にスピン分極した電荷担体を生成し、望ましくない水素発生を抑制できることが示唆されている。
傾斜誘電体層を用いた単結晶ペロブスカイト/シリコンタンデムの逆バイアスストレスに対する安定性向上
ペロブスカイト/シリコンタンデム太陽電池は逆バイアス下で劣化する。Wangらは、電界を平滑化し、トンネル効果と界面反応を低減する段階的な誘電体層を導入し、逆バイアス耐性を向上させた。
封入なしペロブスカイト太陽電池のためのホール移動カスケードエンジニアリングドナーポリマーと改良された耐湿性
ペロブスカイト太陽電池にとって、水分安定性は課題です。Min-Ho Leeらは、深い最高被占分子軌道を持つ電子供与性ポリマーを設計し、デバイスの耐湿性を向上させました。
酸素電極へのバランスの取れたアプローチ
可逆固体酸化物電池はクリーンエネルギー変換に有望であるが、その性能と安定性は依然として酸素電極によって制限されている。新しい研究は、酸化物イオンと電子のバランスの取れた輸送を標的とすることで酸素交換を加速する設計を示している。
オーストラリア政府のスキームは、公正なエネルギー移行を支援する可能性を秘めている
欧州全域における情報提供によるエネルギー政策支持の予測要因
新しい研究によると、ヨーロッパ全域で、エネルギー政策に対する社会・環境への影響や分配の公平性に対する人々の認識、そして政策に対する感情が、政策への支持と強く関連していることがわかっています。
知覚された社会・環境への影響、公平性、感情が欧州における政策支持を予測する
エネルギー政策の支持は、これらの政策が社会と環境に与える影響、その影響の公平性、そして政策に関連する感情に対する国民の認識にかかっています。これらの側面は、新しい政策を設計し、伝達する際に優先されるべきです。
高エネルギーリン酸カソードのための調和されたナトリウム配位エンジニアリング
鉄系ポリアニオンカソードは、ナトリウムイオン電池において有望ですが、不活性なナトリウムサイトと不可逆的なナトリウム損失によって制限されています。本稿では、著者らは標的化されたV3+置換を採用し、ナトリウムイオンの配位環境を調整し、不活性サイトを活性化し、高電圧酸化還元を安定化させることで、高性能ナトリウムイオン電池を実現しています。
隠されたナトリウムを解き放つ
鉄系ポリアニオンカソードは、大規模なナトリウムイオン電池に有望ですが、ナトリウムの利用率が不完全であることが課題です。現在、リン酸系カソードにおけるバナジウム置換による局所的なナトリウム配位の調整が、追加のナトリウムサイトの参加を可能にし、ナトリウムの利用率をほぼ完全にし、エネルギー密度とサイクル安定性を向上させることが研究で示されています。
キラル誘起スピン選択性による電気化学的CO2還元における生成物選択性の制御メカニズム
電解触媒CO2還元は、しばしば競合する水素発生反応によって妨げられ、目的生成物の選択性が低下します。ここでは、著者らが、らせん状キラル銅電極がキラル誘起スピン選択性効果を通じてスピン分極キャリアを生成することにより、水素発生を抑制できることを実証しています。
分子テンプレートによる自己組織化単分子膜の事前組み立てによる、逆バイアス安定性が向上したペロブスカイト太陽電池およびモジュール
ペロブスカイト太陽電池モジュールは逆バイアス不安定性に悩まされている。この問題に対処するため、Wangらはポリカルバゾールテンプレートとの水素結合相互作用による自己組織化単分子膜の組み立てを促進している。
可逆固体酸化物燃料電池のためのBaCe0.7Zr0.1Y0.1Yb0.1O3−δに基づく複合空気極
可逆固体酸化物セルは、酸素電極で起こる反応の速度論によって制限されることがあります。ここでは、著者らは、Gd0.3Ca2.7Co3.82Cu0.18O9−δ触媒と、酸素イオン伝導性とホール伝導性のバランスが取れたBaCe1−xZrxO3ベースの材料を複合化することで、性能の向上がもたらされることを示しています。
すべての人のためのネットゼロ電力システムの統合計画
新しい研究は、手頃な生活水準への公平なアクセスを確保しながら、ネットゼロの電力部門を達成することが、今世紀半ばまでに技術的に実行可能かつ経済的に実行可能であることを示す、グローバルで高解像度の電力システムモデルを導入しています。
超化学量論的電子放出を伴うN-複素環イミンを用いた酸素耐性電気化学的CO2分離
電気化学的に媒介されるCO2捕捉は、通常、CO2を結合する前に還元する必要がある吸着剤を使用しますが、このプロセスはしばしば競合する酸素還元反応によって妨げられます。ここでは、著者らは中性状態でCO2を捕捉し、電気酸化時にほぼ理論的なファラデー効率でそれを放出するN-複素環イミンを開発し、競合反応を回避しています。
トンネル酸化膜パッシベーションコンタクト技術の推進
シリコン太陽電池が理論的な効率限界に近づくにつれて、さらなる性能向上はますます困難になっています。現在、2つの研究が主流のトンネル酸化膜パッシベーションコンタクト技術の進歩を示しています。1つは標準設計におけるボリエミッタとポリシリコンを改良し、もう1つは主流アプローチの限界を克服する代替セルアーキテクチャを提案しています。
高温高分子電解質膜燃料電池のための銅イオン架橋を用いた薄膜
高温ポリマー電解質膜燃料電池は、H3PO4による劣化を抑制するために比較的厚い膜を使用する傾向があり、性能が制限されます。ここでは、著者らは薄く丈夫な膜を作成するための動的な金属イオン架橋戦略を導入し、有望な電力密度と耐久性を達成しました。
固体電池における自己放電率を記述する解析モデル
内部自己放電は、全固体電池の保存寿命を損なう可能性があります。現在、電荷損失の物理化学的分析により、経時的な内部自己放電は固体セパレータの電子伝導性だけでなく、その電気化学的安定性によっても決定されることが示されています。このモデルは、セパレータと電池の設計をガイドするのに役立つ可能性があります。
干渉型電気光学顕微鏡法を用いた、ナノ歪みMoS2上での動的電気触媒プロセスのイメージング
水素発生電極触媒における動的な不均一性の理解は不可欠ですが、空間的・時間的分解能が限られているため困難です。本研究では、干渉型電気光学顕微鏡を用いて、MoS2上での水素発生活性をナノメートル・ミリ秒レベルでイメージングすることに成功しました。
ペロブスカイト太陽電池のより安全な商業化に向けた鉛毒性の軽減
ペロブスカイト太陽電池における鉛の存在は、商業化前に慎重な検討が必要です。このレビューの中で、Linらは、軽減策と、リサイクルと持続可能性に関する寿命末期の課題について議論しています。
中東の戦争が、欧州に化石燃料依存から脱却する新たな機会をもたらす
全固体電池の自己放電率の定量化
内部自己放電は、化学ポテンシャルの違いがイオンと電子をセパレーターを横切って移動させ、保管中に電荷損失を引き起こすため、全固体電池の性能を制限します。ここで、JanekとAltは、固体セパレーターの微細な電子的な漏れが可逆的な自己放電を引き起こす可能性を示し、セパレーターとセル設計の指針を提供する解析モデルを発表しました。
著者訂正：過去の各国の経験に基づく、世界の風力および太陽光発電の成長に関する確率的予測
2 A cm−2を超える電流密度で、多炭素生成物への電気化学的CO2変換を実現する、スケーラブルなバイオポリマーベースのマイクロ環境
電解CO2還元による多炭素生成物の生成は、高電流密度下での微小環境制御の難しさによって妨げられています。本論文では、電極触媒上の生体高分子コーティングが局所的な条件を改善し、高いファラデー効率を達成することを示しています。これにより、このようなシステムにおいて疎水性材料が必要であるという従来の仮定に疑問を投げかけています。
非水電解質中における制御されたアミン種形成による反応性CO2捕捉
炭素回収と電気化学的変換の統合は、CO2を価値化するための新たな戦略として注目されています。本論文では、非プロトン性媒体におけるCO2-アミン種の特性を変化させることで、CO2の取り込みを促進し、水素発生を抑制し、CO生成に対する有望なファラデー効率を達成できることを示しています。これは、排ガス原料を用いた場合にも当てはまります。
難民への送電網へのアクセスと電力供給
サラ・ローゼンバーグ＝ヤンセンは、ストックホルム環境研究所の上級研究員であり、国連の制度政策と、人道支援システムや難民キャンプにおける持続可能なエネルギーと気候変動に関する民間部門の取り組みについて研究を行っています。彼女は、Nature Energy誌に対し、強制的な避難状況における難民の電力網と電力へのアクセスについて語っています。
なぜヨーロッパの太陽光発電導入はソーラーリバウンド効果を考慮する必要があるのか
家庭が屋根に太陽光パネルを設置すると、「無料」のエネルギーという認識から電力消費量が増加することがよくあります。これは「ソーラーリバウンド効果」として知られています。エネルギーシナリオはこの追加需要を反映すべきであり、関連する政策は、システムコストと不公平なコスト負担の増加を抑制するために、日照時間の使用を奨励すべきです。
過去の国の経験に基づいた、世界の風力および太陽光発電の成長に関する確率的予測
PROLONG（技術成長のデータ駆動型確率モデル）は、2℃経路と整合し、現在の政策シナリオよりも速い風力および太陽光発電の拡大を予測しています。1.5℃経路は予測の95パーセンタイルを超えており、この目標を達成するには多大な努力が必要となります。