鈣鈦礦太陽能電池也能用來製氫,美新型「人造葉子」效率再提高

作者 | 發布日期 2020 年 05 月 07 日 16:41 | 分類 太陽能 , 能源科技 Telegram share ! follow us in feedly


人工光合作用是種利用陽光來電解水的綠色製氫技術,過去人們大多都以矽材為主,雖然便宜容易取得,但轉換效率著實不高,也存有穩定性問題,而現在美國科學家把矽材換成光電領域的黑馬:鈣鈦礦太陽能電池,成功提高製氫效率。

人工光合作用設備有如一片「人造葉子」,多由層層光吸收材料製成,每層負責吸收不同光波長,隨後發電讓催化劑(catalytic electrode,觸媒電極)在水中分解氫氣與氧氣,這些光吸收材料多是由矽與釩酸鉍製成,只不過在太陽能電池領域大放光彩的矽晶材料,到水中效率就大打折扣,最終影響製氫效率。

而這次美國萊斯大學科學家(Rice University)決定換一種材料試試,並看中近幾年備受矚目的鈣鈦礦太陽能電池,其轉換效率已經在十年間從 3% 提高到 25%,團隊在實驗中也改良鈣鈦礦太陽能電池材料,避免使用昂貴的白金材料,進而降低成本。

除此之外,通常鈣鈦礦太陽能電池都有不耐濕、熱與水等缺點,為此團隊還用特殊的 Surlyn 聚合物材料將電池好好地裹起來保護著,讓電池可以長時間浸泡在水中,工程學院萊斯材料實驗室科學家 Jun Lou 表示,團隊開發的催化系統可連結太陽能電池與浸在水中的觸媒電極,並透過簡單的聚合物封裝技術簡化這個設備。

(Source:萊斯大學

根據團隊發表在《ACS Nano》的研究,新型人造葉子是由兩個串連起來的鈣鈦礦太陽能電池與兩個 CoP 觸媒電極組成,其中新設備的光電解水製氫效率為 6.7%,同時這項研究也透過特殊的聚合物封裝技術,讓鈣鈦礦電池也能無懼水,在水中吸收陽光轉換成電力,最後供電極分解水。

Lou 表示,縱使沒有陽光,團隊也可以用另一種形式來儲存陽光能量,將氫氣與氧氣分別存放在儲存容器中再用燃料電池等設備轉換成電力。同時這種人造葉片除了用在發電領域,團隊也在尋找跨入藥物、肥料、合成氣等領域。

(首圖來源:Flickr/Dyniss Rainer CC BY 2.0)

延伸閱讀: