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高效太阳能燃料设备可存储近5%太阳能

2013/8/1 16:06:45 作者：UPS应用来源：UPS应用
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　　德国研究人员已经在开发高成本效益及高效率太阳能燃料设备方面取得一项突破，该设备可以氢气的形式存储将近5%的太阳能。　　

　　德国研究人员已经在开发高成本效益及高效率太阳能燃料设备方面取得一项突破，该设备可以氢气的形式存储将近5%的太阳能。
　　
　　人工光合作用，即利用光照将水分离为氢气和氧气的过程，可以使得太阳能以氢气的形式存储。氢气可直接用作燃料，或者以甲烷的形式，或者是用燃料电池发电。
　　
　　亥姆霍兹柏林中心(HZB)与荷兰代尔夫特理工大学(TUDelft)的科学家们合作开发了这款设备，他们采用简单的光伏电池片以及金属氧化物钒酸铋制成的光阳极（或者BiVO4），成功以氢气的形式存储近5%的太阳能。
　　
　　光阳极BiVO4中增加了少量的钨原子，喷射至一片导电玻璃上，并镀上了一层价格低廉的钴有机磷酸盐。
　　
　　亥姆霍兹柏林中心太阳能燃料研究院的负责人RoelvandeKrol表示，基本上而言，我们实现了两全其美。我们先用一种化学性质稳定且低成本的金属氧化物加上一种硅基薄膜太阳能电池，然后，我们就创造出了一种高成本效益、高稳定性且高效的太阳能燃料设备。
　　
　　此类研究的潜能极大。以德国为例，研究人员称，太阳能发电性能为每平方米600瓦，那么理论上而言，光照一小时，此类100平方米的系统可以氢气的形式存储3kWh的电能。随后这些电能可以在夜间或者需要的时候使用。
　　
　　更趋简约的设计
　　
　　该研发团队采用了一种相对简单的硅基薄膜太阳能电池并添加金属氧化物层。氧化物层仅仅是与水接触的电池片的一部分，并作为光阳极形成氧气。同时，这有助于防止硅基电池的腐蚀。研究人员系统地检查并优化了工艺，例如光吸收、电荷分离、水分子分解。据vandeKrol透露，当光阳极采用钒酸铋制成，那么太阳能转为化学能的效率可以达到9%。采用钴有机磷酸盐，研发团队成功大幅加快了氧气形成的过程。
　　
　　最大的挑战
　　
　　然而，据研究团队表示，最大的挑战在于将电荷与钒酸铋分离开来。即使金属氧化物廉价且性质稳定，但是电荷载体可以快速再结合，致使无法发生水裂解。VandeKrol和他的团队们设法解决了这一问题，他们用一种非常特殊的方式在钒酸铋薄膜中添加了钨原子。
　　
　　这创造了一种内部电场，可有助于防止电荷载体再结合。通过重复将不同的钨喷射到玻璃上，从而创造出一种大约300纳米厚的高效光敏化金属氧化薄膜。
　　
　　vandeKrol表示，我们不是很明白为什么钒酸铋比其他金属氧化物的效果更好。但是我们发现80%以上的入射光子可以产生电流，可产生意想不到的高电流，并创造了金属氧化物的一个新纪录。
　　
　　下一个挑战是将此类系统扩增至几个平方米，从而可产生相应数量的氢气。（nero）

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