廉價設(shè)備將陽光轉(zhuǎn)換成氫燃料

如果將來太陽能成為全球電力的主要來源，在沒有陽光的時候我們會需要用廉價的方法存儲來自太陽的能量。一篇近日發(fā)表《科學(xué)》雜志的論文報道稱針對該系統(tǒng)取得重大進(jìn)步。研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種設(shè)備，能夠低價而有效地將陽光中的能量轉(zhuǎn)換成可用作燃料且易于存儲的氫。

傳送到這些電極上的太陽能使得電極能夠從水中生產(chǎn)出氫和氧。

邁克爾·格雷澤爾(Michael Graetzel)是瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院光子學(xué)與接口實驗室的負(fù)責(zé)人，他與身處韓國和新加坡的同事一起開發(fā)出了一款利用電力和催化材料從水中生成氫和氧的設(shè)備。這種新型的“分水機(jī)”(人們對這種設(shè)備的稱謂)效率高，用料成本低、供應(yīng)足，易于生產(chǎn)。

幾十年來，研究人員一直在尋求太陽能分水法，而盡管這種設(shè)備的一兩個部分展現(xiàn)出優(yōu)異性能，但人們沒有開發(fā)出一個完整的實用系統(tǒng)。

新設(shè)備非常引人注目，這是因為它符合實用設(shè)備四大標(biāo)準(zhǔn)中的三項：效率高、成本低、實用供應(yīng)充足的材料(因此可大范圍使用)。接下來需要符合第四項標(biāo)準(zhǔn)——可靠性。這一設(shè)備用相對高壓的新型太陽能電池來產(chǎn)生所需電量，同時還用到了基于兩極(一極生成氫，另一極生成氧)上的鎳與鐵的、價格便宜的新式催化材料。

以之前的研究為基礎(chǔ)開發(fā)的催化劑(顯示為氫氧化鎳)是一種頗有前景的催化劑，并且添加鐵可以提升其性能。研究人員在氫氧化鎳中加入鐵，形成分層結(jié)構(gòu)，然后將催化劑放在多孔“泡沫”鎳上以擴(kuò)大反應(yīng)的發(fā)生范圍，從而加快其速度。

太陽能電池使用一種叫做鈣鈦礦的材料，這種材料價格便宜、易于生產(chǎn)，并且由于其效率在過去幾年一直以一種驚人的速度提升，因此也持續(xù)振奮著研究界(參見“可以讓太陽能非常便宜的材料”與“可控催化劑使新型太陽能材料切實有效”)。

太陽能分水機(jī)能以氫的形式存儲陽光中12.3%的能量。這看上去似乎是小數(shù)目，但考慮到大多數(shù)太陽能電池只能將陽光中16%的能量轉(zhuǎn)換成電力，還不算將該能源轉(zhuǎn)換成易于存儲的氫這一額外步驟。

在這款設(shè)備切實生效前，還有更多工作要完成。首先，幾個小時后太陽能電池的性能就會迅速衰退。研究人員無法確定鈣鈦礦材料為什么會迅速降解，但他們在不斷取得進(jìn)步——比如添加一層碳渣層或改良太陽能電池針對這些元素的密封方式。研究人員于近期展示了一款可持續(xù)一個多月的鈣鈦礦太陽能電池。