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上海來揚(yáng)電氣帶你漲知識：如何從太陽能中取氫
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現(xiàn)在科學(xué)家們都在尋找優(yōu)化太陽能量的方法。硅光伏電能電池板、染料敏化太陽能電池、集中電池板和熱力學(xué)太陽能電廠都追求相同的目標(biāo)：為了獲得來自太陽光的大電子量。這些電子可以轉(zhuǎn)化為電，實(shí)現(xiàn)照明和為電冰箱提供能量等目的。
在瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院（EPFL）光子學(xué)與接口實(shí)驗(yàn)室，由光電化學(xué)家邁克爾˙格拉茲爾（MichaelGr?tzel）教授帶領(lǐng)的科學(xué)家們發(fā)明了模仿植物光合作用的染料敏化太陽能電池，他們還研發(fā)了通過太陽的水分解產(chǎn)生例如氫等燃料。
為了實(shí)現(xiàn)這一目的，他們要么得使用暴露在太陽光下可以將水直接分解成氫和氧的光催化制氫電池，要么就要結(jié)合發(fā)電電池和分解水分子的電解器。通過使用第二種方法，格拉茲爾的博士研究生羅景山（JingshanLuo）和同事獲得了驚人的結(jié)果，這一成就被發(fā)表在期刊《科學(xué)》上。鈣鈦礦太陽能電池板上，他們的設(shè)備將太陽散射能量的12.3%轉(zhuǎn)化為氫，這一化合物在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)通過普通材料就可以獲得，例如那些應(yīng)用于傳統(tǒng)車用蓄電池里的材料，從而減少生產(chǎn)可供使用的氫燃料所需的地球上罕見的金屬。
這種性導(dǎo)致其它轉(zhuǎn)化太陽能的技術(shù)之間存在激烈的競爭，但這一方法存在其它優(yōu)勢：“電池里所使用的鈣鈦礦，以及組成電極的鎳和鐵催化劑，所需要的是地球上大量存在且廉價的資源，”羅解釋道。“此外，我們的電極的性能與通常使用較為昂貴的基于鉑的模 型一樣好。”
另一方面，將太陽能轉(zhuǎn)化為氫使得它的存儲變?yōu)榭赡埽@強(qiáng)調(diào)了可再生電力所面臨的大問題之一——它要求在產(chǎn)生時就必須使用。“一旦你有了氫，你可以將它儲存在瓶子里，并在你需要的時候使用，”格拉茲爾說道。這樣的氣體的確可以在鍋爐或者發(fā)動機(jī)里燃燒，且它只會產(chǎn)生水蒸氣。它還可以放入燃料電池并產(chǎn)生所需的電量。目前瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院獲得的12.3%轉(zhuǎn)化效率“在未來將會變得更高”，格拉茲爾表示。
如此高的轉(zhuǎn)化效率是基于鈣鈦礦電池的一個特征：它們能夠產(chǎn)生高于1伏的開路電壓（相比之下硅電池只能產(chǎn)生0.7伏）。“水電解需要1.7伏甚至更高的電壓，以獲得可使用的氣體，”羅說道。為了達(dá)到這一目標(biāo)，至少需要三塊以上的硅電池，然而使用鈣鈦礦電池則只需要2塊。因此考慮到光吸收所需的表面，使用鈣鈦礦電池效率更高。“這是我們只利用兩塊電池就可以通過電解獲得氫。”當(dāng)太陽能電池暴露在陽光下，很快電極就產(chǎn)生了大量氣泡，這一事實(shí)勝于雄辯：太陽和水的結(jié)合預(yù)示著研發(fā)未來能源非常有前景又令人激動的新方法。
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