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太阳能可以被转换成氢能并存储起来

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来源: 作者: 2018-10-28 12:06:12

太阳能可以被转换成氢能并存储起来

导读:

德国亥姆霍兹柏林材料与能源中心(HZB)和荷兰代尔夫特理工大学(TUDelft)的研究人员联合组成的科研小组,成功研发出一种价格低廉的利用太阳能进行电解水制氢的方法,相关成果发表在近日出版的《自然·通讯》杂志上。

德国亥姆霍兹柏林材料与能源中心(HZB)和荷兰代尔夫特理工大学(TUDelft)的研究人员联合组成的科研小组,成功研发出一种价格低廉的利用太阳能进行电解水制氢的方法,相关成果发表在近日出版的《自然通讯》杂志上。  科学家们开发的这套系统可以通过太阳光将水分解成氢气和氧气,这使得太阳能可以被转换成氢能并存储起来。亥姆霍兹柏林材料与能源中心太阳能燃料研究所主任罗尔范德克罗尔教授说:我们结合了两方面的最佳之处。我们利用了化学的稳定性和金属氧化物的低廉价格,将其与一个很好但相当简单的薄膜硅太阳能电池结合,从而得到一个便宜、非常稳定和高效的(水解氢气的)单元。  当光线射入这个相对简单的具有金属氧化物层的硅薄膜电池时,系统会产生一个电压。金属氧化物层起光阳极的作用,成为氧形成的地方。它通过一个石墨导电桥连接到太阳能电池单元。由于只有金属氧化物层接触到电解液,所以太阳能电池单元的其他部分不会受到腐蚀。铂金线圈则被用作阴极,这是氢气形成的地方。粗略计算可以表明这种技术具有的潜力:以德国每平方米大约600瓦的太阳光能来算,100平方米这样系统可以在一个小时的日照下分离生成3千瓦时以氢气形式存储的能量。  科学家们系统研究了不同的金属氧化物在从光入射到电荷分离,直至水分解的过程中的作用,以便进一步优化这一过程。德克罗尔说,理论上钒酸铋光阳极效率最高可达9%。通过用一种廉价的磷酸钴催化剂,科学家们显著地加快了光阳极上氧的生成。研究中最大的挑战是钒酸铋层电荷高效的分离。尽管金属氧化物稳定并且便宜,但带电粒子会趋于迅速重组,使得分解水的过程失效。德克洛尔和他的同事通过研究发现,在钒酸铋层里加入额外的钨原子是有帮助的。这些钨原子产生的内部电场可以很好地防止重组的发生。  系统中最重要的光阳极是用添加了钨原子的金属氧化物钒酸铋(BiVO4)制成,并用廉价的钴磷酸盐催化剂喷涂和包覆。为了实现这一目标,科学家将含铋、钒、钨的溶液喷射到热玻璃基板上,然后将溶剂蒸发。通过多次喷涂不同浓度的溶液,得到了一个厚度约300纳米的高效光活性金属氧化物层。德克罗尔说:我们仍然不是很了解为什么钒酸铋工作得非常好。但我们发现,超过80%的被吸收的光子得到了利用,这实在是一个创纪录的金属氧化物,也是物理学的奇迹。下一个挑战是按比例将这样的系统扩展到平方米大小,从而使它们可以生成更多的氢气。

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