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| 水+太陽=氫！全球首個雙層太陽能制氫系統(tǒng)原型公布 |
| （時間:2020-1-13 8:31:13） |
以色列理工學(xué)院(Israel Institute of Technology，簡稱Technion)的研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種僅使用太陽能就可以高效、安全生產(chǎn)氫氣的原型系統(tǒng)，這是世界上第一個利用太陽能在兩個不同的層面將水分解成氫和氧的系統(tǒng)。
這項(xiàng)研究發(fā)表在《焦耳》雜志上，由Grand Technion能源計(jì)劃的博士生Avigail Landman和材料科學(xué)與工程學(xué)院的研究生Rawan Halabi共同領(lǐng)導(dǎo)。這項(xiàng)研究是在化學(xué)工程學(xué)院的Gideon Grader教授、材料科學(xué)與工程學(xué)院的Avner Rothschild教授、葡萄牙波爾圖大學(xué)的Adelio Mendes教授和Paula Dias博士的共同指導(dǎo)下進(jìn)行的。
這個創(chuàng)新系統(tǒng)包含一個串聯(lián)太陽能電池裝置，使其更有效地利用光譜。一些太陽輻射被上層吸收，上層是由半透明的氧化鐵構(gòu)成的。沒有被這一層吸收的輻射通過它，隨后被光伏電池吸收。這兩層系統(tǒng)一起提供分解水所需的能量。
從理論到應(yīng)用
該創(chuàng)新系統(tǒng)是Technion研究團(tuán)隊(duì)在2017年3月發(fā)表于《自然材料》雜志上的一篇文章中所提出的理論突破的延續(xù)。在那篇文章中，研究人員介紹了氫氣生產(chǎn)的一個典型轉(zhuǎn)變：不再是一個生產(chǎn)單元，水被分解成氫和氧，研究人員開發(fā)了一個系統(tǒng)，氫和氧在兩個完全不同的單元中形成。這一進(jìn)展之所以重要，部分原因在于氧和氫的混合物會產(chǎn)生爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。研究人員證明了在實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)中使用傳統(tǒng)電源的可行性。
現(xiàn)在，在《焦耳》發(fā)表的最新研究中，研究人員展示了該理論在應(yīng)用開發(fā)中的實(shí)現(xiàn)——一個光電化學(xué)原型系統(tǒng)，它僅利用陽光在兩個獨(dú)立的電池單元中產(chǎn)生氫和氧。作為實(shí)驗(yàn)的一部分，進(jìn)行了大約80個工作小時(10天，每天約8小時)，證明了該系統(tǒng)在自然光照下的效率。
背景
在我們生活的許多領(lǐng)域，氫是一種非常受歡迎的材料。今天產(chǎn)生的大部分氫被用來制造氨，用于生產(chǎn)對現(xiàn)代農(nóng)業(yè)至關(guān)重要的化肥。此外，氫是主要的替代燃料來源之一，特別是在交通領(lǐng)域。在運(yùn)輸方面，與礦物燃料相比氫有以下幾個優(yōu)點(diǎn)：
它可以使用太陽能等綠色能源從水中產(chǎn)生，從而減少對礦物燃料的依賴；氫可以儲存可再生能源，例如太陽能和風(fēng)能，這些能源并非全天都可用；與排放大量空氣污染的柴油和汽油發(fā)動機(jī)不同，氫發(fā)動機(jī)的唯一副產(chǎn)物是水。
今天，世界上大部分的氫是由天然氣生產(chǎn)的。但是，隨著這個過程而來的是二氧化碳的排放，其對環(huán)境的破壞是眾所周知的。另一種生產(chǎn)方法是電解水(H2O)得到氫(H2)和氧(O2)。雖然電解過程早在200多年前就被發(fā)現(xiàn)了，但至今尚未開發(fā)出突破性的電解技術(shù)。近年來，隨著向替代能源轉(zhuǎn)變的重要性與日俱增，電解過程的改進(jìn)正變得越來越重要。
在這樣的背景下，光電化學(xué)過程得以發(fā)展，它利用陽光輻射直接分解水。盡管如此，也存在各種各樣的技術(shù)挑戰(zhàn)。例如，使用傳統(tǒng)的電解方法生產(chǎn)氫——在同一生產(chǎn)單元中將水分解成氫和氧——存在風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)闅浜脱醯慕佑|會導(dǎo)致爆炸。此外，在大規(guī)模的太陽能領(lǐng)域，在這種配置下很難產(chǎn)生氫氣。因此，《焦耳》中介紹了當(dāng)前技術(shù)突破的重要性。
研究人員希望學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界能夠繼續(xù)推進(jìn)這一系統(tǒng)，并最終實(shí)現(xiàn)其商業(yè)化。
這項(xiàng)研究得到了南茜和斯蒂芬·格蘭德西尼昂能源項(xiàng)目(GTEP)的支持，資金來自美國捐助者埃德·薩特爾、阿德利斯基金會、能源部和歐洲委員會(ERC的兩筆贈款)以及國家科學(xué)基金會帕特卓越中心。
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