德國亥姆霍茲柏林材料與能源中心(HZB)和荷蘭代爾夫特理工大學(xué)(TUDelft)的研究人員聯(lián)合組成的科研小組，成功研發(fā)出一種價(jià)格低廉的利用太陽能進(jìn)行電解水制氫的方法，相關(guān)成果發(fā)表在近日出版的《自然·通訊》雜志上。

科學(xué)家們開發(fā)的這套系統(tǒng)可以通過太陽光將水分解成氫氣和氧氣，這使得太陽能可以被轉(zhuǎn)換成氫能并存儲(chǔ)起來。亥姆霍茲柏林材料與能源中心太陽能燃料研究所主任羅爾·范·德克羅爾教授說：我們結(jié)合了兩方面的最佳之處。

科技|雙能轉(zhuǎn)換！太陽能→氫能居然還可以這么儲(chǔ)存！

我們利用了化學(xué)的穩(wěn)定性和金屬氧化物的低廉價(jià)格，將其與一個(gè)很好但相當(dāng)簡(jiǎn)單的薄膜硅太陽能電池結(jié)合，從而得到一個(gè)便宜、非常穩(wěn)定和高效的(水解氫氣的)單元。

當(dāng)光線射入這個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的具有金屬氧化物層的硅薄膜電池時(shí)，系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電壓。金屬氧化物層起光陽極的作用，成為氧形成的地方。它通過一個(gè)石墨導(dǎo)電橋連接到太陽能電池單元。由于只有金屬氧化物層接觸到電解液，所以太陽能電池單元的其他部分不會(huì)受到腐蝕。

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鉑金線圈則被用作陰極，這是氫氣形成的地方。粗略計(jì)算可以表明這種技術(shù)具有的潛力：以德國每平方米大約600瓦的太陽光能來算，100平方米這樣系統(tǒng)可以在一個(gè)小時(shí)的日照下分離生成3千瓦時(shí)以氫氣形式存儲(chǔ)的能量。

科學(xué)家們系統(tǒng)研究了不同的金屬氧化物在從光入射到電荷分離，直至水分解的過程中的作用，以便進(jìn)一步優(yōu)化這一過程。德克羅爾說，理論上釩酸鉍光陽極效率最高可達(dá)9%。通過用一種廉價(jià)的磷酸鈷催化劑，科學(xué)家們顯著地加快了光陽極上氧的生成。

研究中最大的挑戰(zhàn)是釩酸鉍層電荷高效的分離。盡管金屬氧化物穩(wěn)定并且便宜，但帶電粒子會(huì)趨于迅速重組，使得分解水的過程失效。德克洛爾和他的同事通過研究發(fā)現(xiàn)，在釩酸鉍層里加入額外的鎢原子是有幫助的。這些鎢原子產(chǎn)生的內(nèi)部電場(chǎng)可以很好地防止重組的發(fā)生。