利用地能发电的过程是将什么能转化为什么能转化为什么呢？

一种新的电池设计可以帮助我们开发我们脚下巨大的地热能储备。

地球本身就是一个巨大的温暖的球体，正等着我们去开采它，澳大利亚、美国和许多其他地区地下蕴藏着大量的地热能。现在，东京理工大学和三野工业株式会社的研究人员已经开发出一种新型电池，可以直接将热能转化为电能。

大多数地热系统利用地表以下几公里深处的热岩石加热的水来工作。这些水要么是自然存在的，然后被泵到地表，要么是被泵下来，加热，然后再被泵回来。这样的系统通常需要超过180°C(356°F)的高温才能工作，而且不一定能很好地扩展。

但这项新研究背后的日本研究人员表示，他们有一种更直接的方法。他们的设计是由敏化的热电池(STCs)组成的，这种电池能够在低于100°C(212°F)的温度下发电，而不需要像水或蒸汽这样的中地载体。

STC是一种电池，由夹在两个电极之间的三层材料构成。有一个电子传输层(ETM)，一个锗半导体层和一个传输铜离子的固体电解质层。这种电池被设计成埋在炎热的地下。

这个想法是，地热能激发半导体中的电子，使它们转移到ETM。然后它们通过电极通过外部电路最终回到另一个电极并进入电解液。在那里，氧化还原(氧化还原)反应发生，将低能电子带回半导体，重新开始这个循环。

团队最初不确定的一个问题是，STC设备能够保持这种循环多久，或者它是否能够无限期地继续下去。但在测试过程中，他们找到了答案——最终，当氧化还原反应发生时，循环会变干，因为不同类型的铜离子最终出现在不同的地方。

但有趣的是，研究小组惊奇地发现，只要把电池埋在热源中，它就能解决这个问题。然后就是打开外部电路给它充电。研究小组说，这可以让电池“半永久”供电。

若是提到新一代神奇材料，或许大家一开始都会想到石墨烯，但除此之外，也有不少材料正在暗中发光发热。最近澳洲科学家便通过结构与石墨烯类似的磷烯（phosphorene），成功将钙钛矿太阳能转换效率提升2到3%。

石墨烯有诸多优良的性能，像是无比坚硬、导电速度快等都是备受科学家关注的原因，但它并不是个天然的半导体，通常半导体材料可利用能隙来控制电流，但石墨烯却没有能隙，虽然电流传导速度较快，但难以控制电流。

而磷烯是实实在在的半导体材料，能通过能隙来控制电流开关，导电性则跟石墨烯一样，比现在使用的硅材料要快上数十甚至数百倍，因此澳洲福林德斯大学与昆士兰大学等团队便看好磷烯特性，认为它可以帮助钙钛矿太阳能一臂之力。

其中磷烯是由层状黑磷块材剥离而成，随着减少层数，发光的范围可从中红外到可见光，因此如何从黑磷单层磷烯是团队首要挑战，福林德斯大学科学与工程学院博士Christopher Gibson表示，团队已经找出全新方法来剥离磷烯，这将有助于生产更高效与便宜的太阳能电池。

（Source：福林德斯大学）

在该实验中，团队通过南澳大学研制的涡流设备（Vortex Fluidic Device，VFD）的快速剪应力（shear stress），成功剥离出4.3纳米厚的磷烯纳米层片。Gibson指出，在钙钛矿太阳能电池添入磷烯后，转换效率也提高2%到3%。

根据团队在《Small Methods》的论文，新型剪应力剥离方法在较短的时间内，就能产生出结晶质高、原子级厚度较薄的磷烯纳米片。之后团队把磷烯纳米片当作电子传输层材料（ETM）后，转换效率也成功从14.32%提升到16.53%，最高则达到17.85%，效率已经可与高温制作法匹敌。

若能进一步提高钙钛矿太阳能的转换效率，将能加速其商业化进展，指导教授Joseph Shapter表示，晶体硅太阳能是目前最常见的太阳光电技术，但我们需要耗费许多电力与能源来制造电池，相较之下钙钛矿电池持久性较高。

也因为钙钛矿太阳能具有材料成本低、建造成本低等优点，大规模商业化后，最终也能降低太阳能整体成本，进而提高再生能源的普及率。

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