斯坦福科學家研製出低廉造價的光解水設備 - 其他 [複製鏈接]

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發表於 2013-11-18 09:24:46 |只看該作者 |倒序瀏覽

科學家宣稱已經開發出一種低廉的設備可以利用光把水分解成氧氣和潔凈能源氫氣。這個水分解器主體是一個包裹了超薄鎳層的硅半導體，文章作者稱該裝置可以用於大規模的工業化生產潔凈能源氫氣，該文章發表在最新一期的 Science 上。該研究的主要目的是在太陽能電池無法工作時（沒有太陽光或者光強度較弱）用氫能源電池代替其發電。
「太陽能電池只有在有太陽時才能工作」共同作者來自斯坦福大學的 Hongjie Dai 在接受採訪時說：「在沒有太陽時設備只能利用發電廠提供的利用傳統的煤炭或者風能發的電。」現在我們提供了一個更加綠色環保的解決辦法，在夜晚，陰天或者用電量過高的時候我們可以利用氫能電池來供電。
如何分解水
為了給燃料電池提供潔凈氫氣，科學家們轉向了一種新興技術——光催化分解水。兩個半導體電極相互連通置於水槽兩端。平常狀態下，電極吸收光能並利用它將水分解成氫氣和氧氣。氧氣直接釋放到空氣中。而當人們需要能量時，這個過程就會逆轉，貯存的氫氣與空氣中得氧氣組成能源電池發電並生成純水。整個過程都是可持續的並且不會釋放溫室氣體。不過尋找一種低廉的分解水的設備一直是個挑戰。一直以來科學家們都在搜尋一個低廉的材料製造水分解器並且可以用於實際生產。
硅材料
斯坦福大學研究生也是這篇發表在 Science 上文章的共同作者之一 Michael J. Kenney 在接受採訪時表示：「硅材料一直以來被廣泛應用於太陽能電池中，它也是最合適廉價材料，但是硅一旦與電解質溶液接觸時就會發生降解。」
在2011年，另外一直斯坦福的科研團隊為了克服硅材料這種缺陷給硅材料包裹了一層超薄的二氧化鈦和銥。包裹下的硅材料連續工作8小時也沒有發生腐蝕。
「這確實是一個讓人興奮得結果，但是要用到實際生產下必須保持足夠長時候的穩定性。」 Dai 說，「而且貴金屬銥的價格也非常高，能夠找到一種低廉的金屬催化劑代替更為合適。」
為了尋找一種低廉的替代金屬，Dai 建議 Kenney 和他的小夥伴們嘗試給硅電極包裹一層普通的鎳塗層看看。
「鎳相當的耐腐蝕，」 Kenney 說，「而且鎳也是一種活性較高的氧生產反應的催化劑，再加上地球上鎳的含量很豐富。種種條件都讓鎳具有很強的競爭力。」
鎳納米薄層
實驗中，Dai 的研究團隊給電極塗上了一個2納米厚的薄層，並將它們放入硼酸鉀溶液中。光照或者接通電源時，電極開始工作點解水，連續工作24小時都沒有發現腐蝕。為了提供電池的性能，研究者在溶液中加入一點鋰。加入鋰后，電池連續工作80小時表面都沒有任何腐蝕的跡象。
與之前的實驗的相比，這個結果有了巨大的進步。Dai 說：「我們實驗室研製出了一種持續時間最長的硅材料光電極。實驗結果表明超薄鎳層不僅可以讓電極耐腐蝕還能作為催化劑，大大提高水分解的速率。「「有趣的是 Thomas Edison 曾經說過，在電解質里加入少量的鋰可以讓鎳電池的性能更好。多年以後我們的興奮得發現，這同樣可以讓電解水的裝置性能更好。」
科學家們打算進一步研究以增強鎳塗層硅電極的穩定性和持久性。

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