化學法儲存太陽能

材料牛注：我們經常能見到太陽能電池和化學電池，但它們都有著各自的優缺點，這限制了其在工業上的應用。最近，來自維也納工業大學的研究人員首次將太陽能電池和化學電池結合起來組裝成新型電池，將太陽能轉化為化學能存儲下來，解決了太陽能電池在高溫下效率受限的問題，并可用來合成燃料。

光電化學電池已經在維也納工業大學被開發出來。它可通過化學法來儲存紫外光的能量，即便是在高溫情況下。

大自然向我們展示了它是如何做到這一點的：植物可以吸收太陽光并且以化學能的形式來存儲能量。然而想要在工業上進行大規模地效仿卻非常困難。太陽能電池將太陽光能轉化為電能，但在高溫下，太陽能電池的效率會降低。電能可以用來生產氫氣并存儲起來，但是這個過程的能量效率是受限的。

來自維也納工業大學的科學家們已經提出一種全新的概念：通過合成高度專業化的新材料，他們已經成功地將高溫太陽能電池和電化學電池結合起來。紫外光可以直接用于使固體氧化物電解質泵出氧離子。紫外光的能量便以化學能的形式儲存下來了。在未來，這種方法也可用于將水分解成氫氣和氧氣。

可用于高溫條件的特殊材料

維也納工業大學的學生喬治?布魯諾開始琢磨可能的太陽能電池和電化學存儲的組合。這種體系的可行性關鍵取決于它是否能夠在高溫下工作。“這將使我們能夠用鏡子來收集太陽光并建設大型高效的工廠”，布魯諾說到。然而，常見的太陽能電池只能在100℃以下正常工作。而在太陽能收集工廠，太陽能電池正常工作的溫度將會極大地升高。

在布魯諾的博士研究工作中，他設法把自己的想法付諸實踐。成功的關鍵是材料的一次不尋常的選擇。即放棄了傳統的硅基太陽能電池，而使用了一種特殊的金屬氧化物--鈣鈦礦。通過將幾種不同的金屬氧化物結合起來，布魯諾成功地組裝了一個將太陽能電池和電化學電池結合的新型電池。維也納工業大學的幾個合作伙伴也一并參與了項目的研究。

發電以及泵出離子

“我們的電池由兩個不同的部分組成，位于頂部的光電部件以及其下面的電化學部分”。布魯諾說：“在上層，紫外光產生自由載流子，就像太陽能電池一樣”。這層中的電子被立即轉移到電化學電池的底層。一旦到達那里，這些電子就被用來電離氧氣產生負氧離子，這些離子之后可以通過電池電化學部分的薄膜。

“這是光電化學中至關重要的一步，我們希望在這一步中探尋水分解產生氫氣的可能性”，布魯諾說。在電池反應的第一步中，電池中紫外線驅動氧氣分解。在400°C溫度下，它可產生高達920毫伏的開放式直流電壓。

光電化學電池目前已經在期刊Advanced Functional Materials上發表，但該研究項目仍在繼續。“通過開展實驗，我們想了解這些影響的起源。希望能夠進一步提升我們材料的性能”，布魯諾說。如果電功率可以略微增加，電池將能夠將水分解為氧氣和氫氣。“這個目標是可以實現的，現在我們已經證明電池可以工作”，布魯諾說。這個概念不僅對生產氫氣有幫助，因為它也可以將二氧化碳分解成一氧化碳。生產出來的以氫氣和一氧化碳形式攜帶的能量可被用來合成燃料。

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感謝材料人編輯部顧玥提供素材