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納米材料技術帶來(lái)的革命(mìng)—光解水製氫
發布時(shí)間:2016-08-03    瀏覽量:4230

“用集成串(chuàn)聯光伏電池實現光解水(shuǐ)製氫(qīng)完全可(kě)行,光伏發電的同(tóng)時製氫、儲氫,氫燃料再用(yòng)於補充黑(hēi)夜和陰天的發電需要。”羅斯柴爾德告訴記者(zhě),“我們已找到一種方式來捕捉(zhuō)光,用超薄鐵氧化物薄膜,也就是用比辦公用紙還薄5000倍的鐵(tiě)鏽,即三氧化二鐵來儲(chǔ)存光,這(zhè)是實現高效率和(hé)低成本的關鍵。”他們(men)的研究成果發表在《自(zì)然材料》上,論文題目是《用超薄材料捕(bǔ)獲共振光實現水裂解》。

 

氧化鐵(tiě)是一(yī)種常見的半導體材料,生產成本低(dī),在水裏不易氧化、耐腐蝕、耐分解,比其(qí)他半導體材料表現更(gèng)穩定。但它較低的導電性是研究人員麵臨的(de)較大挑戰。科研人員為此奮鬥多年,努力找尋光吸收分離和光生載荷收集之間的折衷方案。

 

“我們的光捕獲方案打(dǎ)破了(le)這個瓶頸,氧(yǎng)化(huà)鐵超薄(báo)薄膜能夠有效地吸收光(guāng)生電荷。”羅(luó)斯柴爾(ěr)德說,“類似鏡麵的薄膜被置於反(fǎn)射基板上,光線中的四分之一波長或更深的子(zǐ)波長被薄膜捕獲。同時向前和向(xiàng)後傳播的光(guāng)波(bō)之間增強了吸收表麵,光生電(diàn)荷載體的吸收(shōu)效率更好。”

 

談到這項發現的重(chóng)大意義,羅斯柴爾德認為,這項科研成果使光伏發電和製氫同時進行成為可能。人們可以設計製造出相對廉價的結合有超薄氧化鐵光電極(jí)的太陽能電池(chí),這種(zhǒng)太陽能電池完全可以采(cǎi)用基於矽(guī)材料或其他材料的傳(chuán)統產品,但能同(tóng)時實(shí)現光伏發(fā)電和(hé)製氫。他稱,這些電池實現了太陽能儲存,讓光伏發電不再受黑夜和(hé)陰天影響,這是傳統的光伏發電無法(fǎ)比擬的。

 

這項發明還能(néng)減(jiǎn)少第二代光伏電(diàn)池對極稀有金(jīn)屬的(de)用量,理論上講,在(zài)不(bú)犧牲發電性能的基礎上,這種太陽能電池能節約90%的碲和銦等稀有元(yuán)素。

 

水的消耗也是這樣的(de)光伏電廠無法(fǎ)回避的問題,羅斯柴爾德稱,目前他們使用淡水的試驗測算結(jié)果,其水的用量以及經濟性和傳統發電相差無幾。他們還將開展(zhǎn)使用海水進行光解水製氫的研究,並對此充(chōng)滿信心。他稱,自(zì)去年底他們的科研成果發布以來,他們在(zài)提高製氫效率方麵又取得了很大進步,理論上講,基於這種技術的光伏電廠已經可以匹敵傳統(tǒng)發電,其成本不(bú)相(xiàng)上下,如果考慮到綠色、環保、低碳等因素,這樣的光伏電廠已經(jīng)具備(bèi)優勢。

 

占用大量土地則是光(guāng)伏電(diàn)廠麵臨的另一個(gè)難題。羅斯柴爾德(dé)對此並(bìng)不十分擔心,他說,每個國家都有大量不能耕作但光照充分的土地,它們(men)是建(jiàn)設光伏電廠的天然選擇,而且相對於其他用途占地,全麵(miàn)解(jiě)決能源(yuán)問題的用地需要並不過分。他以以(yǐ)色列為例,以色列全國道路占用土地是(shì)國土麵積的3%,而通過這種(zhǒng)新型光伏電廠完(wán)全(quán)解決(jué)以色(sè)列電(diàn)力需求隻要國土麵(miàn)積的1%,就能徹(chè)底實現國家能源獨(dú)立,並(bìng)完全放棄石化能源。


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