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从阳光中获取氢资源
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科学日报报道，现在科学家们都在寻找最优化太阳能量的方法。硅光伏电能电池板、染料敏化太阳能电池、集中电池板和热力学太阳能电厂都追求相同的目标：为了获得来自太阳光的最大电子量。这些电子可以转化为电，实现照明和为电冰箱提供能量等目的。 在瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）光子学与接口实验室，由光电化学家迈克尔·格拉兹尔（Michael Grätzel）教授带领的科学家们发明了模仿植物光合作用的染料敏化太阳能电池，他们还研发了通过太阳的水分解产生例如氢等燃料。 为了实现这一目的，他们要么得使用暴露在太阳光下可以将水直接分解成氢和氧的光催化制氢电池，要么就要结合发电电池和分解水分子的电解器。通过使用第二种方法，格拉兹尔的博士研究生罗景山（Jingshan Luo）和同事获得了惊人的结果，这一成就被发表在期刊《科学》上。 钙钛矿太阳能电池板上，他们的设备将太阳散射能量的12.3%转化为氢，这一化合物在实验室内通过普通材料就可以获得，例如那些应用于传统车用蓄电池里的材料，从而减少生产可供使用的氢燃料所需的地球上罕见的金属。 这种高效性导致其它转化太阳能的技术之间存在激烈的竞争，但这一最新方法存在其它优势：“电池里所使用的钙钛矿，以及组成电极的镍和铁催化剂，所需要的是地球上大量存在且廉价的资源，”罗解释道。“此外，我们的电极的性能与通常使用较为昂贵的基于铂的模型一样好。” 另一方面，将太阳能转化为氢使得它的存储变为可能，这强调了可再生电力所面临的最大问题之一——它要求在产生时就必须使用。“一旦你有了氢，你可以将它储存在瓶子里，并在你需要的时候使用，” 格拉兹尔说道。这样的气体的确可以在锅炉或者发动机里燃烧，且它只会产生水蒸气。它还可以放入燃料电池并产生所需的电量。目前瑞士洛桑联邦理工学院获得的12.3%转化效率“在未来将会变得更高”，格拉兹尔表示。 如此高的转化效率是基于钙钛矿电池的一个特征：它们能够产生高于1伏的开路电压（相比之下硅电池只能产生0.7伏）。“水电解需要1.7伏甚至更高的电压，以获得可使用的气体，”罗说道。为了达到这一目标，至少需要三块以上的硅电池，然而使用钙钛矿电池则只需要2块。因此考虑到光吸收所需的表面，使用钙钛矿电池效率更高。“这是我们首次只利用两块电池就可以通过电解获得氢。”当太阳能电池暴露在阳光下，很快电极就产生了大量气泡，这一事实胜于雄辩：太阳和水的结合预示着研发未来能源非常有前景又令人激动的新方法。（编译/严炎刘星） |
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