離子太陽能電池助力海水淡化

:現(xiàn)代太陽能電池可利用光能產(chǎn)生電子和電洞，然后由半導(dǎo)體材料傳輸?shù)酵獠侩娐?，供人們使用。但很少有人關(guān)注另一種由光能驅(qū)動的發(fā)電形式，即通過分解水分子得到帶相反電荷的質(zhì)子和氫氧化物。近日，美國研究人員在《焦耳》雜志上報道了一種新設(shè)計，它在發(fā)電和咸水淡化方面具有很好的應(yīng)用前景。

該研究高級作者、美國加州大學(xué)歐文分校助理教授ShaneArdo表示，他們制作了一種“離子模擬的電子P-N結(jié)太陽能電池”，能利用光能激發(fā)水的半導(dǎo)體特性，從而產(chǎn)生離子電。他們希望利用該機理制造一種可以直接在陽光照射下進行海水淡化的設(shè)備。

在新研究中，研究人員將水通過兩種離子交換膜，其中一種膜主要運輸正電荷離子的質(zhì)子，另一種主要運輸負(fù)電荷離子，如氫氧化物，它們就像一對“化學(xué)門”使電荷分離。然后，研究人員再使用激光照射系統(tǒng)，使光敏的有機染料分子結(jié)合在膜上，繼而解放質(zhì)子。然后這些質(zhì)子將運輸?shù)侥さ乃嵝詡?cè)，產(chǎn)生最高可超過100mV的離子電流(平均60mV)。

盡管，除了偶爾出現(xiàn)的超過100mV闕值的情況，該雙膜系統(tǒng)可達到的電流水平，仍是其目前的主要限制。若要實現(xiàn)海水淡化，光伏電壓必須被放大到200mV，但是研究人員對實現(xiàn)此目標(biāo)十分樂觀。

“了解水的特性，我們就能更好地設(shè)計這些雙極膜界面，以最大限度地提高電壓和電流。”Ardo說。

從長遠(yuǎn)來看，海水淡化只是研究人員開發(fā)的合成光驅(qū)動質(zhì)子泵的應(yīng)用之一。它也可能用于連接電子設(shè)備，為腦機接口提供信號，甚至能給一些結(jié)合了活體組織和人工回路的“人造細(xì)胞”提供能量。