化腐朽為神奇：工程師用鐵銹制成太陽能電池
材料牛注：斯坦福的研究人員從鐵銹入手，以金屬氧化物為原料制成了新型的太陽能電池，并以新的能量存儲-釋放模式解決了太陽能難以在夜晚使用的難題。
太陽能是一種不竭的資源，但人們面臨的挑戰是在夜間，太陽能如何存儲和和使用。近日，斯坦福大學的科學家團隊利用鐵銹成功制造出太陽能電池，這使得大規模的太陽能存儲得以實現。
由助理教授William Chueh 和Nicholas Melosh領導的科研團隊將鐵銹等金屬氧化物變成了太陽能電池。它能夠將水分解成氫氣和氧氣，以此來存儲太陽能，使人們能夠在夜晚間接使用到太陽能。
具有能量的光子被太陽能電池捕獲后，會被轉變成電子以提供能量，將水分解。在夜晚，氫氣和氧氣重新結合而釋放能量，能量被并重新傳回電力系統。這一過程沒有碳排放沒有化石燃料的消耗。
該研究團隊發現，在能量的存儲中金屬氧化物太陽能電池優于硅太陽能電池。當太陽能電池被加熱，前者能比后者更有效地將光子轉化為電子，這與先前認識正相反。Chueh說：“我們利用廉價且豐富易得的金屬氧化物制成的太陽能電池，展現出了比預期更好的效果。”
該團隊測試了鐵銹（鐵氧化物）、釩酸鉍（BiVO4）、氧化鈦等不同金屬氧化物分別在不同的溫度下，對光子-電子轉化過程和水分解過程的影響。在對三種氧化物的測試中，升高溫度均能提高氫氣和氧氣產量；其中BiVO4的效率最高。溫度升高，增強了電池中載體的流動性，也就是增加了電子通過金屬氧化物時的速度。
文章的共同作者Xiaofei Ye解釋稱，太陽的照射能加熱金屬氧化物,這有可能會使氫氣的產率翻倍。研究團隊進一步補充說，這是一個很簡潔的設計，能夠加熱太陽能電池以獲得更好的性能，并且不需要增加額外的能量來源。除此之外，人們僅僅使用凹面反射鏡和凸透鏡就能將太陽輻射聚集起來。
對Chueh來說，這一發現不僅是可觀的效益和更大的太陽能存容量，而且還意味著將水分解為清潔能源氫氣，它能夠為各類機械和車輛提供動力而不產生污染。這樣的能量循環方式使得人們能夠存儲氣體，通過管道進行輸運，并且避免了額外的碳排放。
這一成果已發表在期刊Energy and Environmental Science上。
感謝材料人編輯部洪期提供素材
贊！