一种更便宜更清洁的制备氢燃料的方法

2019-10-11 15:38:38

巴斯大学可持续化学技术中心的最新研究表明,一种更便宜,更清洁,更可持续的利用日光从水中制备氢燃料的方法越来越近。

随着全球领导人要求大幅减少碳排放量以解决气候变化紧急情况的压力,迫切需要开发替代燃烧化石燃料的清洁能源替代品。氢是零碳排放的燃料替代品,可用于为汽车提供动力,仅产生水作为废物。

它可以通过将水分解成氢和氧来制造,但是该过程需要大量的电能。大部分电力是通过燃烧甲烷产生的,因此巴斯大学的研究人员正在开发新的太阳能电池,这些太阳能电池直接利用光能分解水。

当前市场上的大多数太阳能电池是由硅制成的,但是它们制造起来昂贵并且需要大量非常纯净的硅来制造。它们也很厚和很重,这限制了它们的应用。

钙钛矿太阳能电池使用与钙钛氧化物具有相同3D结构的材料,制造成本更低,更薄并且可以轻松印刷到表面上。它们还可以在弱光条件下工作,并且可以产生比硅电池更高的电压,这意味着它们可以在室内用于为设备供电,而无需插入电源。

不利的一面是它们在水中不稳定,这对它们的发展提出了巨大的障碍,也限制了它们直接用于生产清洁氢燃料。

巴斯大学可持续化学技术中心的科学家和化学工程师团队通过使用石墨防水层(铅笔芯所用的材料)解决了这一问题。

他们通过将涂覆的钙钛矿电池浸入水中并利用收集的太阳能将水分解为氢和氧来测试防水性能。带涂层的电池在水下工作了30个小时-比以前的记录长了十个小时。

在这段时间之后,将涂层夹在电池上的胶水失效了。科学家预计,使用更坚固的胶水可以使细胞稳定更长的时间。

以前,含铟的合金曾被用来保护太阳能电池以进行水分解,但是铟是一种稀有金属,因此价格昂贵,而且开采该矿物的过程并不可持续。

Bath团队改为使用市售石墨,该石墨非常便宜,并且比铟更具可持续性。

化学高级讲师Petra Cameron博士说:“钙钛矿太阳能电池技术可以使人们更加负担得起太阳能,并允许将太阳能电池印在屋顶瓦片上。但是目前,它们在水中真的很不稳定-太阳能电池如果它们在雨中溶解了,就没什么用了!”

“我们已经开发出一种可以在各种应用中有效地对电池进行防水的涂层。最令人兴奋的是,我们使用了市售的石墨,它比以前尝试的材料更便宜,更可持续。”

钙钛矿太阳能电池产生的电压高于硅基太阳能电池,但仍不足以单独使用太阳能电池分解水。为了解决这一挑战,研究小组正在添加催化剂以减少驱动反应所需的能量需求。

伊莎贝拉·波利(Isabella Poli),玛丽·居里(Marie Curie)消防研究员和可持续化学技术中心的博士研究生说:

“但我们希望,将来我们可以使用钙钛矿电池从太阳能中产生清洁的氢和氧燃料。”

该研究是与斯旺西大学的SPECIFIC团队合作完成的。

这项研究发表在开放存取期刊《自然通讯》上。

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