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效率高達20.8%!萊斯大學研發(fā)出新型太陽能制氫裝置

2023-07-24 13:45  來源:IT之家  瀏覽:  

美國萊斯大學的工程師研發(fā)出一種創(chuàng)下新紀錄的陽光轉化為氫氣的裝置,效率高達20.8%。這種裝置是一種光電化學電池,采用新一代鹵化物鈣鈦礦半導體和電催化劑,利用太陽能驅動各種化學反應,將原料轉化為燃料。

這項新技術的進展對于清潔能源具有重要意義,同時也為利用太陽能制造化學品提供了潛在平臺。該裝置的關鍵設計在于防腐層,能有效將半導體與水隔離,同時不影響電子的傳遞。

據(jù)《自然通訊》的一項研究報道,這種裝置的光能轉氫能效率達到了驚人的20.8%。研究的主要作者之一、萊斯大學化學和生物分子工程博士生Austin Fehr強調(diào)了這項工作的重要性,他們團隊的目標是建立經(jīng)濟可行的平臺,用于生成太陽能衍生的燃料。該裝置能吸收光,并在其表面完成電化學水分解反應。

據(jù)了解,這種裝置被稱為光電化學電池,因為在同一設備中完成了光的吸收、轉化為電力以及利用電力驅動化學反應的過程。以前,使用光電化學技術生產(chǎn)綠氫受到低效率和半導體成本高昂的限制。

Fehr解釋了他們發(fā)明的特點:“所有這類設備都只使用陽光和水來產(chǎn)生綠氫,但我們的設備獨具特色,因為具有創(chuàng)紀錄的效率,并且使用非常便宜的新型半導體。”

該裝置由Aditya Mohite教授領導的實驗室及其合作者共同開發(fā),他們將具有競爭力的太陽能電池改造成了一個反應器,利用收集到的能量將水分解為氧氣和氫氣。研究團隊面臨的主要挑戰(zhàn)是鹵化物鈣鈦礦在水中極不穩(wěn)定,同時用于隔絕半導體的涂層可能會干擾或損壞它們。

“在過去的兩年里,我們嘗試了不同的材料和技術。”萊斯大學化學工程師、研究合作者之一Michael Wong教授說道。經(jīng)過漫長的嘗試,研究團隊終于找到了一個成功的解決方案。

Fehim表示:“我們關鍵的發(fā)現(xiàn)是,需要兩層防護層,一層用來阻擋水,另一層在鈣鈦礦層和保護層之間形成良好的電接觸。我們的結果是光電化學電池中最高的效率,也是使用鹵化物鈣鈦礦半導體的最佳效果。這是一個重大突破,因為該領域長期被價格昂貴的半導體主導,而我們的設計可能首次使這種設備具備了商業(yè)可行性。”

研究人員表示,這種防護層設計可以適用于不同的反應和不同的半導體,使其可以應用于多種系統(tǒng)。Mohite教授表示:“我們希望這樣的系統(tǒng)能夠作為一個平臺,利用太陽能收集到的電子來驅動各種利用豐富原料制造燃料的反應。”Fehr補充道:“隨著穩(wěn)定性和規(guī)模進一步提高,這項技術將開啟氫經(jīng)濟,并改變?nèi)祟惖纳a(chǎn)方式,從化石燃料轉向太陽能燃料。”

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