太阳能氢水分离器比下一个最佳技术寿命长14倍

要大规模地将水分解成氢气，我们需要可持续、高效、可扩展且耐用的技术。使用太阳能（或其他可再生能源）分解水可以带来可持续性，最近的研究在效率和可扩展性方面取得了重大进展。现在，日本研究人员表示，他们在耐用性方面迈出了重要一步。

来源：Prachi?Patel

使用半透明二氧化钛光阳极可以使碳化硅光电阴极使用透射光。使用不同能隙的光催化剂可以提高转换效率。

目前，氢气主要来源于天然气，天然气向大气中排放了大量的碳和甲烷污染物。相比之下，可持续的太阳能制氢方法侧重于光电化学 (PEC) 水分解。在名义上不产生温室气体的 PEC 系统中，一种特殊的催化剂材料吸收阳光并直接将水分解成氢气和氧气。但这些设备也受到效率低下和寿命长的限制。虽然以前的 PEC 技术通常只持续一周左右，但新系统的寿命明显更长。

名古屋工业大学机电工程教授Masashi Kato说：“我们已经确认了100天的耐久性，这是经实验证实的PEC水裂解材料中最长的。 ”对于可以安装在偏远地区的免维护系统，耐用性将是关键。

绿色氢研究和技术在世界范围内获得了动力。几家公司和一些计划正在使用风能或太阳能通过电解来分解水。

使用 PEC 直接太阳能水分解是一种使用太阳能生产氢气的更优雅的一步法。但事实证明，大规模地做到这一点是非常具有挑战性的。该设备并不便宜、高效、耐用，不足以走出实验室。

光触媒在PEC器件中扮演着重要的角色。 Kato 和他的同事设计了一种串联 PEC 设备，该设备使用两个电极，每个电极都涂有不同的催化剂。一种是二氧化钛，一种常用于白色涂料和防晒霜的材料，另一种是加藤团队开发和报道的立方碳化硅。

这两种催化剂吸收光谱的不同部分并以互补的方式分解水。二氧化钛是一种N型光催化剂，可以吸收紫外线并产生电子，引发化学反应产生氧气。研究人员制造的碳化硅材料是一种P型催化剂，可以吸收可见光产生氢气。

当设备放入水中时，这两种反应共同作用一段时间，将水分解成氢气和氧气。加藤表示，与之前的技术相比，这项技术的寿命提高了5倍，可以实现100天的运行。

发表在《太阳能材料与太阳能电池》杂志上的系统效率比较低，只有0.74%。大多数太阳能制氢技术的效率已达到1--2%的范围，但一些研究团队取得了明显更高的效率。来自意大利和以色列的研究人员最近报道了一种方法，该方法使用半导体纳米棒顶部的铂球将近 4% 的太阳能转化为氢燃料。

比利时鲁汶大学（KU?Leuven）的一个研究小组在 2019 年报道了一种太阳能电池板原型，它可以从空气中吸收水分并将其分解为氢气和氧气，效率为 15%。根据美国能源部的说法，对于实用的太阳能氢系统来说，5-10% 的效率就足够了。

加藤表示，限制系统效率的是二氧化钛电极。该团队现在正在寻找其他光催化剂来提高效率，这些光催化剂仍然可以与碳化硅电极一起使用。然而，耐用性和效率的结合仍然使他们的设备独一无二，他说。

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