科学家取得太阳能制氢突破

研究人员取得太阳能制氢突破

当光线照射到这个系统时,电势就会形成。金属氧化物层起着光阳极的作用,是氧形成的部位。它通过石墨(黑色)制成的导电桥与太阳能电池连接。由于只有金属氧化物层与电解液接触,硅太阳能电池保持安全不受腐蚀。铂螺旋作为氢形成的阴极。图片:你代夫特陶器

一个新出版的研究揭示了HZB和TU Delft科学家如何使用太阳能电池和由金属氧化物制成的光阳极,以实现太阳能氢气产生突破。

使用简单的太阳能电池和由金属氧化物,HZB和TU Delft科学家制成的光阳极,以氢气的形式成功地储存了近5%的太阳能。这是太阳能电池设计的主要壮举比基于非晶硅或昂贵的III-V半导体的高效率三联网电池的设计更简单,这些是传统上用于此目的的无定形硅或昂贵的III-V半导体。将加入少量钨原子的金属氧化物铋钒酸盐(BIVO4)制成的光阳极喷洒到导电玻璃上并涂有廉价的磷酸钴催化剂。“基本上,我们组合了两个世界的最佳选择,”HZB太阳能燃料研究所负责人Roel Van de Krol教授:“我们从化学稳定,低成本的金属氧化物开始,添加一个非常好但简单silicon-based thin film solar cell, and – voilà – we’ve just created a cost-effective, highly stable, and highly efficient solar fuel device.”

因此,专家们能够开发出一个相当优雅和简单的系统,利用阳光将水分解成氢和氧。这个过程被称为人工光合作用,它允许太阳能以氢气的形式储存。氢气可以直接或以甲烷的形式用作燃料,也可以在燃料电池中发电。一个粗略的估计显示了潜在的固有的这种技术:在德国的太阳能性能的大约600瓦特每平方米,100平方米的这种类型的系统在理论上是能够存储3千瓦时的能量形式的氢在短短一个小时的阳光。这种能量可以在晚上或阴天使用。

金属氧化物作为照片阳极可防止太阳能电池的腐蚀
Van de Krol和他的团队从一个相对简单的硅基薄膜电池开始,在电池中加入金属氧化物层。这一层是电池唯一与水接触的部分,并作为氧形成的光阳极。同时,有助于防止敏感硅电池的腐蚀。研究人员系统地检查并优化了诸如光吸收、电荷分离和水分子分离等过程。van de Krol说,从理论上讲,当你使用由钒酸铋制成的光阳极时,高达9%的太阳能-化学效率是可能的。他们已经解决了一个问题:使用廉价的磷酸钴催化剂,他们成功地大大加速了光阳极上氧气的形成过程。

一个新的记录:超过80%的事件光子有助于当前!
然而,最大的挑战是如何有效地分离钒酸铋薄膜中的电荷。金属氧化物可能是稳定和廉价的,但载流子有快速重组的倾向。这意味着它们不能再用于水裂解反应。现在,Van de Krol和他的团队已经发现,在钒酸铋薄膜中加入钨原子是有帮助的。“重要的是,我们将这些钨原子以一种非常特殊的方式分布,这样它们就可以建立一个内部电场,这有助于防止重组,”van de Krol解释说。为了实现这一目的,科学家们将铋、钒、钨溶液喷到加热的玻璃基板上。这导致溶液蒸发。通过在玻璃上反复喷涂不同浓度的钨,一种大约300纳米厚的高效光活性金属氧化物薄膜被制造出来。”我们还不太明白为什么钒酸铋比其他金属氧化物更有效。我们发现超过80%的入射光子构成了电流,这是一个出乎意料的高值,创下了金属氧化物的新纪录。”van de Krol说。下一个挑战是将这些系统的尺寸调整到几平方米,这样它们就能产生相应数量的氢气。

出版物:Fatwa F. ABDI等,“通过增强型钒酸盐 - 硅串联光电极中提高电荷分离的高效太阳能分裂,”自然通信4,物品编号:2195;DOI:10.1038 / ncomms3195

图片:你代夫特陶器

1评论论“科学家实现太阳能氢气产量突破”

  1. 这篇文章的数学问题很严重。如果cel每平方米产生600瓦的能量,那么100平方米将产生60千瓦ats,即60千瓦时每小时。顺便说一下,说每小时千瓦时是多余的,因为它仅仅是千瓦乘以小时,方程两边都是多余的。
    j f notman。(英国人在荷兰)

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