劈水“人造叶”模块,永久的能量来源

时间:2020-05-09 20:33 来源:seo 作者:小可爱科技知识网 点击量:

劈水“人造叶”模块,永久的能量来源

《;人工leaf’这一概念启发了莱斯大学对太阳能燃料生产的研究。

莱斯大学的研究人员已经发明了一种高效、低成本的装置,可以将水分解成氢燃料。

该平台由水稻材料科学家Jun Lou布朗工程学院实验室开发,集成了催化电极和钙钛矿太阳能电池,当阳光触发时,产生电力。电流流向催化剂,将水转化为氢和氧,太阳能转化为氢的效率高达6.7%。

这种催化反应并不新鲜,但实验室将钙钛矿层和电极封装成一个单独的模块,当放入水中并置于阳光下时,无需进一步的输入就能产生氢气。

该平台由主要作者、莱斯博士后研究员贾亮和他们的同事在美国化学学会期刊ACS Nano上介绍,他们说,该平台是一个自给自足的燃料生产商,应该可以简单地批量生产。

这一概念与人造叶子的概念大体相似。娄说。我们拥有的是一个集成模块,它把阳光转化为电能,从而驱动电化学反应。它利用水和阳光来获取化学燃料。

钙钛矿是一种具有立方晶格的晶体,可以吸收光。迄今为止,最有效率的钙钛矿太阳能电池的效率达到了25%以上,但这种材料很昂贵,而且容易受到光、湿度和热量的影响。

贾已经用碳等替代品取代了钙钛矿太阳能电池中铂等更昂贵的成分。娄说。这降低了商业应用的准入门槛。像这样的集成设备很有前途,因为它们创造了一个可持续的系统。这并不需要任何外部电源来保持模块运行。

梁说,关键的成分可能不是钙钛矿,而是包裹它的聚合物,保护模块并允许长时间浸没。其他公司已经开发出一种催化系统,可以把太阳能电池从水的外面用一根电线接到浸入式的电极上。他说。我们用一种叫Surlyn(聚合物)的薄膜来封装钙钛矿层,从而简化了这个系统。

梁说,这种有图案的薄膜可以让阳光到达太阳能电池,同时保护太阳能电池,并在电池和电极之间起到绝缘体的作用。

有了巧妙的系统设计,你就有可能形成一个自我维持的循环。娄说。即使没有阳光,你也可以把储存的能量以化学燃料的形式利用起来。你可以把氢和氧的产物放在不同的容器里,再把另一个模块,比如燃料电池,整合在一起,把这些燃料转换成电能。

研究人员表示,他们将继续改进封装技术以及太阳能电池本身,以提高模块的效率。

一种低成本、高效率的太阳能分水一体化装置贾亮,肖涵,邱云秀,方琦一,张博宇,王维鹏,张静,普里克尔,M. Ajayan和楼军,2020年4月29日,ACS Nano。

DOI: 10.1021/acsnano.9b09053

这篇论文的共同作者是前赖斯访问学生肖涵(音译),现在是中国西安西北工业大学的副教授,和邱云秀(音译),现在是圣路易斯华盛顿大学的研究生。水稻研究生方奇一、张博宇;现任清华大学助理教授、莱斯大学校友王维鹏;水稻博士后研究员张静;普利克尔·阿加扬,赖斯材料科学与纳米工程学院院长,本杰明·m·格林伍德·安德森工程与化学教授。卢是材料科学、纳米工程和化学的教授。

这项研究是由Peter M.和Ruth L. Nicholas在水稻小卷曲研究所、韦尔奇基金会、国家科学基金会支持的纳米系统工程研究中心的纳米技术水处理和中国中央大学的基础研究基金资助的。

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