科學家研發出低成本太陽能電解水制氫法

張貼者:2013年8月21日 下午11:51IAN CHEN   [ 已更新 2013年8月21日 下午11:52 ]
http://www.chinareviewnews.com   2013-08-22 10:52:45  


  中評社香港8月22日電/德國亥姆霍茲柏林材料與能源中心(HZB)和荷蘭代爾夫特理工大學(TU Delft)的研究人員聯合組成的科研小組,成功研發出一種價格低廉的利用太陽能進行電解水制氫的方法,相關成果發表在近日出版的《自然.通訊》雜誌上。 

  科學家們開發的這套系統可以通過太陽光將水分解成氫氣和氧氣,這使得太陽能可以被轉換成氫能並存儲起來。亥姆霍茲柏林材料與能源中心太陽能燃料研究所主任羅爾.範.德克羅爾教授說:“我們結合了兩方面的最佳之處。我們利用了化學的穩定性和金屬氧化物的低廉價格,將其與一個很好但相當簡單的薄膜矽太陽能電池結合,從而得到一個便宜、非常穩定和高效的(水解氫氣的)單元。” 

  當光線射入這個相對簡單的具有金屬氧化物層的矽薄膜電池時,系統會產生一個電壓。金屬氧化物層起光陽極的作用,成為氧形成的地方。它通過一個石墨導電橋連接到太陽能電池單元。由於只有金屬氧化物層接觸到電解液,所以太陽能電池單元的其他部分不會受到腐蝕。鉑金線圈則被用作陰極,這是氫氣形成的地方。粗略計算可以表明這種技術具有的潛力:以德國每平方米大約600瓦的太陽光能來算,100平方米這樣系統可以在一個小時的日照下分離生成3千瓦時以氫氣形式存儲的能量。 

  科學家們系統研究了不同的金屬氧化物在從光入射到電荷分離,直至水分解的過程中的作用,以便進一步優化這一過程。德克羅爾說,理論上釩酸鉍光陽極效率最高可達9%。通過用一種廉價的磷酸鈷催化劑,科學家們顯著地加快了光陽極上氧的生成。研究中最大的挑戰是釩酸鉍層電荷高效的分離。儘管金屬氧化物穩定並且便宜,但帶電粒子會趨於迅速重組,使得分解水的過程失效。德克洛爾和他的同事通過研究發現,在釩酸鉍層裡加入額外的鎢原子是有幫助的。這些鎢原子產生的內部電場可以很好地防止重組的發生。 

  系統中最重要的光陽極是用添加了鎢原子的金屬氧化物釩酸鉍(BiVO4)制成,並用廉價的鈷磷酸鹽催化劑噴塗和包覆。為了實現這一目標,科學家將含鉍、釩、鎢的溶液噴射到熱玻璃基板上,然後將溶劑蒸發。通過多次噴塗不同濃度的溶液,得到了一個厚度約300納米的高效光活性金屬氧化物層。德克羅爾說:“我們仍然不是很了解為什麼釩酸鉍工作得非常好。但我們發現,超過80%的被吸收的光子得到了利用,這實在是一個創紀錄的金屬氧化物,也是物理學的奇跡。下一個挑戰是按比例將這樣的系統擴展到平方米大小,從而使它們可以生成更多的氫氣。” 

  (來源:科技日報)
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