以色列和意大利科学家开发出太阳能转化制取氢燃料技术
发布者:lzx | 来源:IEEE电气电子工程师学会 | 0评论 | 679查看 | 2020-10-23 10:44:24    

据报道,以色列和意大利科学家已经开发出一种将太阳能转化为氢燃料的可再生能源技术,这项技术正处于“实用”可行性的门槛边缘。


这项新的太阳能技术将提供一种可持续的方式,将水和阳光转化为燃料电池的可储存能源,而所储存的电力可以并入电网,也可用于由燃料电池驱动的卡车、火车、汽车、轮船、飞机或工业流程。


海法以色列理工学院化学副教授Lilac Amirav说:“可以把这项研究看作是一种人工光合作用。”(如果能扩大规模,这项技术最终将成为“太阳能工厂(solar factories)”的基础,在这些工厂中,太阳能集热器阵列将水分解成氢气燃料,以及一种或多种其他工业化学品。)


Amirav说:“我们(从)一种与太阳能电池板非常相似的半导体开始研究。”但是,他们研究的不是利用太阳光释放电子电流的光电路线,而是利用太阳光有效地、经济地从水分子中剥离氢。


迄今为止最大的障碍是氢和氧一旦分裂就很容易再结合,也就是说,除非能在反应中引入催化剂,使水的两个组成元素彼此分离。


因此,Amirav及其同事开发了一种棒状纳米颗粒,长50-60纳米,直径只有4.5纳米,顶端都有直径2-3纳米的铂球,就像固定在吸管末端的纳米弹珠。


自2010年以来,该团队一直在调整设计,以最大限度地提高棒状纳米颗粒的性能,将“太阳能转化为化学能”,尽可能多地提取氢气和多余能量。


从水中生成氢分子的同时,也会产生氧气,必须合理处理这些副产品。Amirav说:“氢是一种燃料,当你考虑人工光合作用时,你关心的是氢。在这一过程中,氧不是一个有趣的产物,它是一个瓶颈。”


从水分子中分裂出来的氧气,也会带走反应能量,这是无法回避的事实。如果不对其加以利用,最终会浪费太阳能,导致整体反应效率下降。


因此,研究人员在这一过程中加入另一反应。他们的镀铂纳米棒催化剂,不仅可以利用太阳能将水转化为氢,还能利用释放出来的氧气,将有机分子苄胺转化为工业化学物质苯甲醛(通常用于染料、香料提取物和香水)。


总而言之,这类纳米棒可以将入射阳光能量的4.2%转化为化学键。仅仅考虑到氢燃料的能量,就可以将3.6%的太阳能转化为储存燃料。这些数字可能看起来微不足道,但仍高于以前技术所能达到的1-2%。根据美国能源部的数据,效率达到5-10%,是太阳能制氢“实际可行的门槛”。


今年2月至8月间,Amirav和她的同事在欧洲纳米能源和化学杂志上发表了上述创新成果。他们最近还在美国化学学会秋季网络会议上展示了他们的研究成果。


在报告中,描述了他们未来的工作方向。Amirav说:“我们正在寻找替代的有机转化。”她和她的合作者希望,通过这种方式,他们的太阳能工厂可以生产氢燃料和一系列其他有用的工业副产品。在未来,他们的人工光合作用过程可以产生低排放能量,加上一些有益的化学提取物,作为“实际”和“可行”的副产品。

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