美国斯坦福大学(Stanford University)的研究人员开发了一种排放量更低、也更稳定的氢(hydrogen)燃料制造方法;氢燃料一直被视为汽油的替代品,但因为缺乏燃料补充站以及生产过程不能完全达到零排放,而被认为不切实际。

斯坦福大学材料科学暨工程系副教授崔屹(Yi Cui)表示:“如果能让氢燃料变得更便宜且能普及,可望有数百万辆汽车采用这种干净的能源。”

为了解决二氧化碳排放量问题,崔屹与他的同事采用了新兴的太阳能分解水(photovoltaic water splitting)技术──将太阳能供电的电极浸入水中,当太阳光接触电极时,会产生电流将水分解为氢与氧。不过以硅制成的传统太阳能电极曝露于氧气时会迅速腐蚀。

斯坦福大学的方法是利用钒酸铋(bismuth vanadate)来制作太阳能电池,该种材料是廉价、会吸收太阳光的化合物,而且具备抗腐蚀的高度稳定性;钒酸铋能产生适中的电量,但崔屹表示:“其性能仍然低于太阳能转氢燃料的理论转换效率。”

为了携带电流,钒酸铋制作的太阳能电池必须要小于200纳米,使其看起来是透明的;因此可见光能轻易透过穿透电池来产生电力。为了捕捉阳光,崔屹的团队转向采用纳米技术并打造了以数千个约600纳米高的硅纳米锥(nanocones)组成之微型数组。 20160622 Stanford NT03P1 斯坦福研究团队打造了用以捕捉阳光的硅纳米锥微型数组,以提升钒酸铋太阳能电池的性能 (来源:Wei Chen、Yongcai Qiu,Stanford)

“纳米锥结构展现了优异的、横跨广泛波长范围的光线捕捉能力,”崔屹表示:“每个纳米锥的形状都针对太阳光的捕捉进行优化,不然光线就只是穿透了纤薄的太阳能电池。”

那些纳米锥数组被排放在一层钒酸铋薄膜上,然后一起放置于钙钛矿(perovskite)太阳能电池;在浸于水中之后,这个三层串联的设备会立即开始分解水,太阳能-氢转换效率为6.2%──也是钒酸铋太阳能电池的最大理论转换效率。该串联太阳能电池会持续10小时制造氢,崔屹并指出,该装置:“未来仍有很大的进步空间。”

编译:Judith Cheng

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