7 月 23 日消息,美國萊斯大學(xué)工程師研發(fā)出一種能夠?qū)㈥柟廪D(zhuǎn)化為氫氣的裝置,其效率創(chuàng)下了新的紀(jì)錄。這種裝置是一種光電化學(xué)電池,其采用了新一代鹵化物鈣鈦礦半導(dǎo)體和電催化劑,可以利用太陽能來驅(qū)動各種化學(xué)反應(yīng),將原料轉(zhuǎn)化為燃料。
這項新技術(shù)是清潔能源的重要進步,也是一種利用太陽能制造化學(xué)品的潛在平臺。該裝置的設(shè)計關(guān)鍵在于一個防腐層,可以有效地將半導(dǎo)體與水隔離,同時不影響電子的傳遞。
據(jù)報道,該裝置擁有驚人的 20.8% 的太陽能轉(zhuǎn)氫能效率。該研究的主要作者之一、萊斯大學(xué)化學(xué)和生物分子工程博士生 Austin Fehr 強調(diào)了這項工作的重要性,“利用太陽能作為制造化學(xué)品的能源來源是實現(xiàn)清潔能源經(jīng)濟的最大障礙之一。我們的目標(biāo)是建立經(jīng)濟可行的平臺,可以生成太陽能衍生的燃料。我們設(shè)計了一個系統(tǒng),它可以吸收光,并在其表面完成電化學(xué)水分解反應(yīng)。”
據(jù)了解,該裝置被稱為光電化學(xué)電池,因為其在同一個設(shè)備中完成了光的吸收、轉(zhuǎn)化為電力和利用電力來驅(qū)動化學(xué)反應(yīng)的過程。以前,使用光電化學(xué)技術(shù)來生產(chǎn)綠色氫氣受到了低效率和半導(dǎo)體成本高昂的限制。
Fehr 解釋了他們發(fā)明的特點:“所有這類設(shè)備都只使用陽光和水來產(chǎn)生綠色氫氣,但我們的設(shè)備是特別的,因為它有著創(chuàng)紀(jì)錄的效率,而且它使用的是一種非常便宜的半導(dǎo)體。”
該裝置是由 Aditya Mohite 教授領(lǐng)導(dǎo)的實驗室和其合作者共同開發(fā)出來的,他們將他們高競爭力的太陽能電池改造成了一個反應(yīng)器,可以利用收集到的能量將水分解為氧氣和氫氣。他們必須克服的挑戰(zhàn)是,鹵化物鈣鈦礦在水中極不穩(wěn)定,而且用來隔絕半導(dǎo)體的涂層會干擾或損壞它們。
“在過去兩年里,我們嘗試了不同的材料和技術(shù)。”萊斯大學(xué)化學(xué)工程師、該研究合作者之一 Michael Wong 教授說。經(jīng)過漫長的嘗試后,研究人員終于找到了一個成功的解決方案。
Fehr 說:“我們關(guān)鍵的發(fā)現(xiàn)是,需要兩層防護層,一層用來阻擋水,另一層用來在鈣鈦礦層和保護層之間形成良好的電接觸。我們的結(jié)果是光電化學(xué)電池中最高的效率,也是使用鹵化物鈣鈦礦半導(dǎo)體的最佳效果。這是一個突破,因為這個領(lǐng)域歷來被價格昂貴的半導(dǎo)體所主導(dǎo),而且可能是這類設(shè)備第一次具備了商業(yè)可行性。”
研究人員展示了他們的防護層設(shè)計可以適用于不同的反應(yīng)和不同的半導(dǎo)體,使其可以應(yīng)用于多種系統(tǒng)。“我們希望這樣的系統(tǒng)能夠作為一個平臺,利用太陽能收集到的電子來驅(qū)動各種利用豐富原料制造燃料的反應(yīng)。”Mohite 教授說。“隨著穩(wěn)定性和規(guī)模的進一步提高,這項技術(shù)可以開啟氫經(jīng)濟,并改變?nèi)祟惖纳a(chǎn)方式,從化石燃料轉(zhuǎn)向太陽能燃料。”Fehr 補充說。
原標(biāo)題:工程師研發(fā)出效率破紀(jì)錄的太陽能制氫裝置,將陽光轉(zhuǎn)化為清潔能源