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受限于汽車的外表面積，目前的太陽能電池汽車，難以為汽車提供足夠的能量，只能作為有限補(bǔ)充，而且無法克服夜晚無光照不能儲能的問題。

那太陽能還有沒有更好的辦法成為汽車的動力源，為車輛提供充足動力呢？當(dāng)然是有的。我們在之前的一期已經(jīng)介紹過，氫能是汽車的理想動力源，氫燃料電池的電化學(xué)過程是氫和氧反應(yīng)生成水，并產(chǎn)生電能。這個(gè)過程無污染物生成，無碳排放。而且氫能汽車加注氫燃料可以像加注燃油一樣快捷。而氫的制備就可以充分利用太陽能了。這就是我們這期要分享的內(nèi)容：利用太陽能大規(guī)模以水制氫技術(shù)。

這項(xiàng)技術(shù)絕對可以稱得上是革命性的技術(shù)，因?yàn)樗吞柲芏际窃丛床粩嗫梢栽偕馁Y源。利用太陽能將水分解成氫和氧，在驅(qū)動汽車行駛時(shí)，氫又和氧反應(yīng)生成水，可以說是形成一個(gè)完美閉環(huán)。

太陽能制氫有多種技術(shù)路線。如熱化學(xué)制氫、太陽能光催化制氫、電解水制氫等。

太陽能熱化學(xué)制氫

太陽能熱化學(xué)制氫氣，就是將太陽能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能，通過氧化物分解吸熱和單質(zhì)M水解放熱兩個(gè)過程，使水分解產(chǎn)生氫氣。熱化學(xué)循環(huán)制氫的反應(yīng)通式如下：

這一方法由于H2和O2不是同時(shí)同步產(chǎn)生，避免了H2和O2的分離問題。借助于具體物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)過程，使水可在較低的溫度下水解。目前已開發(fā)出上百種反應(yīng)循環(huán)體系在理論上可以實(shí)現(xiàn)水的熱化學(xué)分解制氫。但能適宜大規(guī)模應(yīng)用的卻并不多，且有待進(jìn)一步研究開發(fā)。


太陽能光催化制氫

光催化分解水的原理為：當(dāng)半導(dǎo)體吸收光子后，價(jià)帶的電子被激發(fā)到導(dǎo)帶并在價(jià)帶留下空穴ｈ＋，ｈ＋ 獲取水分子的電子并把水氧化分解為氧氣和質(zhì)子Ｈ＋，而電子與Ｈ＋結(jié)合后放出Ｈ2。高效光解水催化劑有３個(gè)關(guān)鍵因素，即合適的帶隙、良好的電子－空穴分離及傳輸能力、放氧放氫位具有高的活性。


從理論上講，驅(qū)動全分解水反應(yīng)所需的最小光子能量為1.23 eV，對應(yīng)波長約為1000 nm左右的光子。但實(shí)際上，由于半導(dǎo)體能帶彎曲的影響和水分解過電位的存在，對半導(dǎo)體帶隙的要求往往大于理論值，一般認(rèn)為應(yīng)大于1.8 eV。

根據(jù)光催化分解水反應(yīng)機(jī)理，半導(dǎo)體光催化主要涉及三個(gè)過程：光吸收與激發(fā)；光生電子和空穴的分離與轉(zhuǎn)移；表面催化反應(yīng)。

太陽能光伏電解水制氫

針對太陽能自身特征，開發(fā)太陽能光伏電解水制氫系統(tǒng)，既可實(shí)現(xiàn)太陽能至電能的轉(zhuǎn)換，作為電力供應(yīng)直接使用，又可將電能轉(zhuǎn)換為氫能，存儲利用，綜合提升了太陽能的利用率。

太陽能光伏電解水制氫系統(tǒng)包括兩個(gè)“能量轉(zhuǎn)換單元”：太陽電池和電解水制氫。通過太陽電池將光能轉(zhuǎn)換為電能，電能參與電解水制氫，實(shí)現(xiàn)電能至氫能的轉(zhuǎn)換。太陽能到氫能的間接轉(zhuǎn)換過程中會有少量能量損失，系統(tǒng)總效率的高低依賴于太陽電池的光電轉(zhuǎn)化效率及電解水裝置的效率。


小結(jié)

氫能是不可多得的兼具綠色、可再生的能源，是未來能源發(fā)展趨勢。雖然太陽能直接作為汽車動力源受到各種客觀因素的制約。但通過規(guī)模化建設(shè)太陽能制氫工廠，可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模利用太陽能制備可以儲存、運(yùn)輸?shù)臍錃?。以氫氣作為氫能汽車的燃料能源，同樣可以?shí)現(xiàn)太陽能作為汽車動力源的目的，只不過是借助了氫能這一中間能源載體。

雖然目前太陽能制氫技術(shù)已經(jīng)取得了較大的進(jìn)展，但相比于傳統(tǒng)的化石燃料制氫還需要在制氫效率、材料成本、規(guī)?；瘧?yīng)用等方面進(jìn)一步優(yōu)化和提高。

原標(biāo)題：太陽能可作為驅(qū)動汽車的間接動力源：太陽能→氫能→氫能源汽車