工程师研发出效率破纪录的太阳能制氢装置，将阳光转化为清洁能源

数码芝华士 · 发表于 2023-7-24 01:03:47

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美国莱斯大学工程师研发出一种能够将阳光转化为氢气的装置，其效率创下了新的纪录。这种装置是一种光电化学电池，其采用了新一代卤化物钙钛矿半导体和电催化剂，可以利用太阳能来驱动各种化学反应，将原料转化为燃料。

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这项新技术是清洁能源的重要进步，也是一种利用太阳能制造化学品的潜在平台。该装置的设计关键在于一个防腐层，可以有效地将半导体与水隔离，同时不影响电子的传递。

据《自然通讯》发表的一项研究报道，该装置拥有惊人的 20.8% 的太阳能转氢能效率。该研究的主要作者之一、莱斯大学化学和生物分子工程博士生 Austin Fehr 强调了这项工作的重要性，“利用太阳能作为制造化学品的能源来源是实现清洁能源经济的最大障碍之一。我们的目标是建立经济可行的平台，可以生成太阳能衍生的燃料。我们设计了一个系统，它可以吸收光，并在其表面完成电化学水分解反应。”

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据IT之家了解，该装置被称为光电化学电池，因为其在同一个设备中完成了光的吸收、转化为电力和利用电力来驱动化学反应的过程。以前，使用光电化学技术来生产绿色氢气受到了低效率和半导体成本高昂的限制。

Fehr 解释了他们发明的特点：“所有这类设备都只使用阳光和水来产生绿色氢气，但我们的设备是特别的，因为它有着创纪录的效率，而且它使用的是一种非常便宜的半导体。”

该装置是由 Aditya Mohite 教授领导的实验室和其合作者共同开发出来的，他们将他们高竞争力的太阳能电池改造成了一个反应器，可以利用收集到的能量将水分解为氧气和氢气。他们必须克服的挑战是，卤化物钙钛矿在水中极不稳定，而且用来隔绝半导体的涂层会干扰或损坏它们。

“在过去两年里，我们尝试了不同的材料和技术。”莱斯大学化学工程师、该研究合作者之一 Michael Wong 教授说。经过漫长的尝试后，研究人员终于找到了一个成功的解决方案。

Fehr 说：“我们关键的发现是，需要两层防护层，一层用来阻挡水，另一层用来在钙钛矿层和保护层之间形成良好的电接触。我们的结果是光电化学电池中最高的效率，也是使用卤化物钙钛矿半导体的最佳效果。这是一个突破，因为这个领域历来被价格昂贵的半导体所主导，而且可能是这类设备第一次具备了商业可行性。”

研究人员展示了他们的防护层设计可以适用于不同的反应和不同的半导体，使其可以应用于多种系统。“我们希望这样的系统能够作为一个平台，利用太阳能收集到的电子来驱动各种利用丰富原料制造燃料的反应。”Mohite 教授说。“随着稳定性和规模的进一步提高，这项技术可以开启氢经济，并改变人类的生产方式，从化石燃料转向太阳能燃料。”Fehr 补充说。