摘要：DTU 研究人员为水下无人机和太阳能电池平台开发了一种重要的涂层。该涂层不会以不同的颜色装饰无人机，而是充当自抛光涂层，当无人机在海平面以下执行任务时，可以防止藻类和其他生物污垢进入无人机的内置太阳能电池。

为美国海军开发了一种防止藻类在水下太阳能电池上生长的透明涂层。

DTU 研究人员为水下无人机和太阳能电池平台开发了一种重要的涂层。该涂层不会以不同的颜色装饰无人机，而是充当自抛光涂层，当无人机在海平面以下执行任务时，可以防止藻类和其他生物污垢进入无人机的内置太阳能电池。

该涂层由 DTU 化学工程学院的 Søren Kiil 教授设计，他与助理教授 Narayanan Rajagopalan、实验室经理 Claus Erik Weinell 和一组学生合作开发了透明涂层。它允许太阳能通过，同时还可以防止藻类和其他污垢屏蔽太阳能电池。

水下无人机用于世界各大洋的各种任务，包括调查海床、监视和其他检查。但无人机要发挥作用，它们依赖于当无人机将自己定位在海洋表面时能够吸收太阳能。

为美国海军和海军陆战队制定科学和技术计划的海军研究办公室 （Office of Naval Research） 与 DTU 和一些公司接洽，要求他们各自提出解决问题的方法。

“几周内，我想出了一个主意并组建了一个团队。通过在 Hundested Harbour 的测试站进行实验研究和试验，我们证明了这个想法是可行的。我们的涂层可以使用长达三个月，而无需机械清洁污垢，“Søren Kiil 说。

研究小组将带有新开发涂层的透明面板送到佛罗里达州，在那里，海军研究办公室通过将面板置于水下来测试涂层，随后对太阳能电池进行评估。

该涂层首先在 Hundested Harbour 的测试站进行评估。照片：Torben Rasmussen。

驱藻涂料已广泛应用于海事领域。大约 90% 的商业航运使用化学活性船底涂层（防污涂层），它由具有微观颗粒的复杂化学成分组成。因此，主要挑战是弄清楚如何将涂层也用于太阳能电池。

“制造既透明又无生物污垢的涂层是很困难的。你几乎不能在涂层中添加任何东西，因为它会阻止光线通过，“Søren Kiil 解释道。

因此，研究团队找到完美的构图是一种平衡行为。当他们新开发的涂层与海水接触时，涂层中最外层的颗粒逐渐溶解并被新的活性颗粒所取代，这些活性颗粒起到了防止结垢的作用。这样，在涂层的整个生命周期中，新的颗粒将不断准备好在颗粒顶层溶解时抵抗污垢。

使用现有方法，颜料层会阻挡太阳光线，因此研究人员必须找到一种新的方法。这个配方的灵感来自一篇 20 年前的模型仿真文章。

该模型预测，通过将涂层中已经很小的颗粒变得更小，从微米到纳米，颗粒将变得足够小，不会留下耗尽颜料的多孔层，从而阻止阳光到达太阳能电池。这使得太阳能电池能够吸收能量，而颗粒可以阻止污垢。

“我们减小了颗粒的大小和成分的数量，使涂层变得透明。事实证明，氧化铜 （I） 和氧化锌的纳米颗粒对结垢特别有效，因为它们很小。即使在超低浓度下，它们也以非常大量的数量存在于涂层中，单个颗粒之间的空间非常小。因此，藤壶和藻类将涂层视为驱虫屏障，“Søren Kiil 说。

不仅美国海军可以从这项发明中受益：在北海，太阳能电池随着海浪的运动而漂浮，这是未来绿色能源解决方案的一部分。虽然大多数太阳能电池都位于屋顶和太阳能发电厂中，但利用太阳能发电的方形电池板也可以放置在海洋上或海洋中。

目前，全球漂浮太阳能电池的装机容量仅为 4,000 MW 左右，但预计到 2030 年将增加到 30,000 MW。相比之下，2024 年包括陆基太阳能电池在内的总装机容量达到 200 万 MW。尽管与总容量相比，漂浮和水下太阳能电池的数量只是沧海一粟，但它们提供了利用公海空间和现有基础设施的机会，例如海上风力涡轮机之间。

然而，与无人机一样，水下太阳能电池也会被结垢堵塞，并且存在波浪对浮动太阳能电池平台造成结垢的有利条件的风险。因此，DTU 研究人员也看到了在水下和海面上的太阳能电池上使用新涂层的潜力。然而，现在下一个任务是开发一种也适用于水下传感器和相机的涂层，这需要更复杂的涂层。

事实

该涂料由 DTU 化学工程学院的 CoaST（海虹老人基金会涂料科学与技术中心）研究小组开发，并由美国海军海军研究办公室资助。

通过对氧化铜 （I） 和氧化锌纳米颗粒的精心组合，该涂层使水下太阳能电池不受污染，而不会干扰太阳能电池从阳光中吸收能量的能力。

佛罗里达州的研究表明，该涂层可以保持太阳能电池长达三个月的无污染状态，并具有 100% 的太阳能电池性能。
该技术正在申请专利。

来源：陈讲运清洁能源