水+太阳=氢！全球首个双层太阳能制氢系统原型公布

这项研究发表在《焦耳》杂志上，由Grand Technion能源计划的博士生Avigail Landman和材料科学与工程学院的研究生Rawan Halabi共同领导。这项研究是在化学工程学院的Gideon Grader教授、材料科学与工程学院的Avner Rothschild教授、葡萄牙波尔图大学的Adelio Mendes教授和Paula Dias博士的共同指导下进行的。

这个创新系统包含一个串联太阳能电池装置，使其更有效地利用光谱。一些太阳辐射被上层吸收，上层是由半透明的氧化铁构成的。没有被这一层吸收的辐射通过它，随后被光伏电池吸收。这两层系统一起提供分解水所需的能量。

从理论到应用

该创新系统是Technion研究团队在2017年3月发表于《自然材料》杂志上的一篇文章中所提出的理论突破的延续。在那篇文章中，研究人员介绍了氢气生产的一个典型转变：不再是一个生产单元，水被分解成氢和氧，研究人员开发了一个系统，氢和氧在两个完全不同的单元中形成。这一进展之所以重要，部分原因在于氧和氢的混合物会产生爆炸的风险。研究人员证明了在实验室系统中使用传统电源的可行性。

现在，在《焦耳》发表的最新研究中，研究人员展示了该理论在应用开发中的实现——一个光电化学原型系统，它仅利用阳光在两个独立的电池单元中产生氢和氧。作为实验的一部分，进行了大约80个工作小时(10天，每天约8小时)，证明了该系统在自然光照下的效率。

背景

在我们生活的许多领域，氢是一种非常受欢迎的材料。今天产生的大部分氢被用来制造氨，用于生产对现代农业至关重要的化肥。此外，氢是主要的替代燃料来源之一，特别是在交通领域。在运输方面，与矿物燃料相比氢有以下几个优点：

它可以使用太阳能等绿色能源从水中产生，从而减少对矿物燃料的依赖；氢可以储存可再生能源，例如太阳能和风能，这些能源并非全天都可用；与排放大量空气污染的柴油和汽油发动机不同，氢发动机的唯一副产物是水。

今天，世界上大部分的氢是由天然气生产的。但是，随着这个过程而来的是二氧化碳的排放，其对环境的破坏是众所周知的。另一种生产方法是电解水(H2O)得到氢(H2)和氧(O2)。虽然电解过程早在200多年前就被发现了，但至今尚未开发出突破性的电解技术。近年来，随着向替代能源转变的重要性与日俱增，电解过程的改进正变得越来越重要。

在这样的背景下，光电化学过程得以发展，它利用阳光辐射直接分解水。尽管如此，也存在各种各样的技术挑战。例如，使用传统的电解方法生产氢——在同一生产单元中将水分解成氢和氧——存在风险，因为氢和氧的接触会导致爆炸。此外，在大规模的太阳能领域，在这种配置下很难产生氢气。因此，《焦耳》中介绍了当前技术突破的重要性。

研究人员希望学术界和产业界能够继续推进这一系统，并最终实现其商业化。

这项研究得到了南茜和斯蒂芬·格兰德西尼昂能源项目(GTEP)的支持，资金来自美国捐助者埃德·萨特尔、阿德利斯基金会、能源部和欧洲委员会(ERC的两笔赠款)以及国家科学基金会帕特卓越中心。

（原文来自：Technion 中国新能源网综合）