用矽與鈣鈦礦製成的低成本「光電極」,光電解水製氫效率達 17.6%

作者 | 發布日期 2020 年 06 月 22 日 15:01 | 分類 能源科技 Telegram share ! follow us in feedly


製氫效率固然是重點,但材料成本與是否容易取得也是需要考量到的商業化要點,最近澳洲科學家就用矽與鈣鈦礦製造出「串疊型光電極」,研發出高效率光電解水製氫設備,效率已達 17.6%,喜聞樂見的是,材料還很便宜。

目前日本、南韓等不少國家看中氫能經濟,認為氫能利用形式多樣,既可應用在發電廠、小型發電機組,或是幫氫燃料電池車「加油」,我們也可以用再生能源電力從水分離出氫氣,加以壓縮後儲存分裝、輸送,是種發展潛力相當高的燃料,甚至可以變成一種綠色出口產業。

只是為了追求綠能與環保,科學家想要捨棄過去常見的高效率、卻也高污染的天然氣製氫法,得再找出具成本效益也很綠色的製氫方式。。

因此綠色製氫是不少研究員與工業念茲在茲的目標,其中光電解水製氫備受看好,透過光催化劑或光電極讓太陽分解水並製造氫、氧,過程不需要任何外部電力,能直接產生氫氣,目前其效率進展良好,轉換效率已達 19%,其實已經快要達到美國能源部訂下的 25% 目標,但現階段仍苦於光電極材料多採用昂貴半導體材料,不是人人玩得起。

(Source:ANU)

對此,澳洲國立大學(ANU)科學家的突破或許能帶來轉機,他們將鈣鈦礦與矽晶串聯在一起,發現所製成的光電極效果比任何一種半導體還要好,團隊表示,矽晶太陽能雖然是市場上最常見的太陽光電技術,但不大適合用在水分解製氫,能量只有所需的三分之一而已,如果改用能隙為矽兩倍的半導體,或許就有機會解決這個問題,但同時也要考量到能矽愈高、補光效率就越低。

因此團隊改用兩個能隙較小的半導體,它們不僅能有效地捕獲日光,而且還能高效製氫。研究團隊指出,在這個發想之前,都沒有一種既可負擔、效率又超過 10% 的光電解水製氫設備,團隊採用鈣鈦礦、矽、鈦、白金光電極實現這個目標,效率也提高到 17.6%,未來有機會透過微調組件設計,提高效率,也希望能使用更豐富的材料來替代貴金屬。

該團隊也對鈣鈦礦-矽晶太陽能頗有研究,今年初 ANU 團隊也研發出 27.7% 的串疊型太陽能。為來團隊目標是將光電解水製氫的價格降至每公斤 2 美元左右,如此一來才能跟天然氣製氫相競爭。ANU 工程與電腦科學學院首席研究員 Siva Karuturi 表示,透過太陽能製氫,我們可以捨棄外部電力跟電網基礎設施,成本效益顯然更高。

(首圖來源:pixabay