新型人工光合作用製氫設備,提升轉換效率兩倍

作者 | 發布日期 2018 年 05 月 09 日 16:34 | 分類 能源科技 follow us in feedly

低成本高效率與綠能製氫技術是當今科學家實現目標,而近日美國與加拿大團隊成功用人工光合作用設備分解水製氫,轉換效率比以往高出兩倍,也可以藉由重新調整配置,將二氧化碳轉換成燃料。



氫燃料是備受看好的下一代技術,排放物只有純水,但目前製氫技術多以化石燃料為主,其他綠能製氫如光電解水製氫技術成本相對高,轉換效率也不如化石燃料,因此各方科學家紛紛絞盡腦汁提出解決方案。

美國密西根大學電機與電腦工程教授 Zetian Mi 表示,假如可以直接將太陽能儲存為化學燃料,就好比植物行光合作用,就可以解決再生能源的根本挑戰。

為打造出人工光合作用設備,Mi 教授目前正帶領團隊於加拿大麥基爾大學進行研究。麥基爾大學博士生 Faqrul Alam Chowdhury 表示,當今技術仍只能以電池來儲存太陽能電力,這得花費較多成本,而且電池也有壽命限制。

團隊則利用矽、氮化鎵等太陽能電池與電子產品常見材料製造出人工光合作用設備,採用工業級設計且只需要太陽與海水就可以製氫,有望成為未來綠能製氫技術生力軍。以往其他研究中,科學家僅能以 1% 效率將太陽能直接轉換成氫,其他方法則會受成本高、低效率或材料不穩定影響,難以擴大規模生產。

該團隊研發出來的設備轉換效率達 3%,且為達到穩定效率,研究打造一個奈米大小的氮化鎵塔以形成電場。氮化鎵可將光子轉化為可移動的電子與電洞,這些載流子則能將水分解成氫與氧。Chowdhury 表示,當設備晶片接觸到光子時,電場有助於分離光生(photogenerated )電子與電洞,並有效生成氫氣與氧氣。

不過目前晶片中的矽還沒有產生顯著功用,研究下一步是使用矽來提升捕捉光量並將載流子引入氮化鎵塔。Mi 表示,雖然 3% 效率看起來很低,但對一個進行長達 40 年的研究來說,實際上是重大突破。

Mi 指出,5% 效率為商業化門檻,而團隊目標是將轉換效率提升到 20% 或 30%。

(本文由 EnergyTrend 授權轉載;首圖為氮化鎵塔,來源:密西根大學