太陽能電池或可圓夢燃料電池車

或許一提起太陽能這個詞，我們會想起是一塊藍色的玻璃板，面朝太陽，將太陽能轉化成電能。不過現在，科學家為了提高燃料電池的效率，打算讓太陽能電池與之結合。

最近，加州伯克利大學一個研究團隊研發了一套設備，利用太陽光更有效地分解水中的氫和氧。他們利用了兩種截然不同的材料，一種可以強力吸收陽光，一種電導率很高，兩者結合可以提 高電池的效率。

早在2013年，加州伯克利大學化學家Peidong Yang，已經用半導體納米線制作了這種光電化學電池。不過問題是它不能產生太大的電流，導致分解過程非常緩慢。經分析，問題出在二氧化鈦 納米線的陽極上。二氧化鈦有很寬的禁帶，所以只能吸收紫外光，而非可見光。

而釩酸鉍可以更好地吸收可見光，但導電性不如二氧化鈦。但Yang認為將兩者合在一起可以集大成。他用鉭和二氧化鈦制造納米線，然后涂上釩酸鉍粒子。釩酸鉍吸收太陽的光子，將電子傳 遞給二氧化鈦。

Yang坦承，“這仍然并不能算作是一個好的陰極，不過已經有了進步。”

硅納米陰極的電流可以高過25毫安每平方厘米，不過這種陰極只能達到2.1毫安每平方厘米。電池的效率取決于最小的電流。

Yang希望能夠找到合適的成份使其改善：“我們正在尋找其他材料。”

已經大量研究者正在尋求將太陽能電池與燃料電池結合。科學家們認為太陽能可以讓氫能更易獲得，進而讓氫燃料電池更加有吸引力。為此也提出了不少方案。

杜克大學材料科學家Nico Hotz認為這一問題的解決可能依賴于其他易于控制并容易轉化成氫的能量。“我們要找到一種易于使用、運輸、儲存的能源，而不是氫。”

他提出了一種觀點，將甲醇、乙醇或者乙烷與水混合，加熱到300度到400度之間，就會產生氫，進而驅動燃料電池。通常上，這個過程需要消耗部分燃料以獲得足夠的溫度。Hot認為這顯然是 在浪費燃料，希望所有的燃料都可以轉化成氫。

為此他們研發了催化劑，如氧化銅、氧化鋅和硝酸鋁構成的納米粒子。在混合物中加入足夠的氧化銅，反應溫度在220度到295度之間，將甲醇和水的混合體以2到50毫升每分鐘的速度流入反應 容器，所有的能量都得到了轉化。

Hotz介紹，一個太陽能收集器可以將反應容器加熱到250度而無需聚焦設備。如果加上聚焦設備，溫度可達500到700度，能夠讓其利用更高能量密度的能量。

不過，這個過程有一個問題，它會產生大約1%的一氧化碳。Hotz解釋道：“如果直接加入1%的一氧化碳進燃料電池就會毀滅它”。所以，研究者們還得研發一種金/氧化鐵催化劑將一氧化碳轉 化成危害較小的二氧化碳。

同伯克利的Yang相同，新加坡南洋理工納米材料研究團隊領導人Alfred Tok ling Yoong正在研發一種光電化學電池產生氫。他的工作的關鍵在于組建更優秀的半導體電極，以捕捉更寬的太陽
光譜，有效地轉化氫，同時既廉價又不被水腐蝕。為此，他正在研發一種具有反蛋白石結構的二氧化鈦晶體。

科學家們在20世紀90年代發現了蛋白石，一種多晶硅組成的寶石，因其周期性結構使其成為天然的光子晶體，可以捕捉直射光。Tok和他的研究團隊研發了“反蛋白”，擁有改善后的光子禁帶 ，進而捕捉陽光能力增強。而且他們將之與氧化鋅納米線連接，以制作高效的光電極，可以吸收更多的光線并改善電子流動。

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