馬斯克或遭打臉?你所不知的光伏制氫黑科技

2、光伏-電解水

電解水制氫的根基道理並不複雜,相信有些讀者還記得高中化學嘗試課上,化學教員將電極放入水中,倒扣試管,接上電源後,兩個電極的概況都發生了良多氣泡。現實上,這些氣泡恰是在正極發生的氧氣和負極發生的氫氣,而氫氣試管內氣體的體積是氧氣試管的2倍。這是由于水是由氫和氧兩種元素,以2:1的比例組合成水,在水中通入足夠的電壓和電流時,水會分化爲氫、氧元素並在兩個電極別離彙集生成氫氣和氧氣,化學反映道理如公式一所示。

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太陽能發電制氫恰是操縱上述道理,將太陽能系統所發生的電力間接接入電解水的系統並制備氫氣。可是,光伏-電解水制備氫氣的方式受限于價錢和效率要素。例如,當前工業化的電解水系統效率約在60%-70%1,考慮到目前市道支流的太陽能板的效率在15%-18%擺布,其太陽能-氫氣的轉換效率低于12%。這導致了目前光伏-電解水制氫的成本約在10美元/千克10,而工業化的煤氣法所出産的氫氣成本在4美元/千克。現實上,在光伏系統成本逐漸下降的同時,國內研究機構在嘗試室內曾經開辟出電解效率達90%的電解系統,光伏-電解水系統的經濟性也在改善中。當然,考慮到西部光伏棄電的環境,將被燒毀的電力轉換爲氫氣産物而且當場消納過量電能,也不失爲彌補限電喪失的一個無效路子。

爲領會決太陽能-氫氣的效率和價錢瓶頸,科學家們斥地一種新的電解水思:光電化學電解水(Photo-electrolysis,有些科學家稱之爲人工光合成ArtificialPhotosynthesis),即操縱半導體物理學、光學、材料學、物理化學、電化學、催化化學以至是生物化學機制的理論將光電效應和電解水系統合二爲一,光電化學太陽能電池(Photo-electrochemicalcell,PEC)恰是應此概念而降生。

二、太陽能制氫

在1972年,藤島昭(Fujishima)和本田健一(Honda)發覺N型二氧化钛(TiO2)作爲陽極光電極放置在水中時,在太陽光照下和外接電源的環境下,在二氧化钛概況獲得了氧氣的同時在鉑負極獲得了氫氣,這暗示他們成功將水分化爲氫氣和氧氣13。如圖二所示,當太陽光映照在二氧化钛的陽極光電極時,水在二氧化钛概況被氧化成氧氣,而在陰極的金屬概況被還原成氫氣。在這個過程中,二氧化钛電極能發生約0.7伏的光電壓,我們從公式一中得知電解水最小需求電壓爲1.229伏;因而,外接電源只需供給這之間的差值電壓(0.529伏)即可成功電解水。當然,現實使用中,加上不成避免的過電位等損耗,電解水需要至多1.4伏以上的電壓,二氧化钛電極仍然供給了約一半的電壓,也就是說,太陽能供給了一半的電解水所需要的能量。凡是這種需要外置電供給部門能量的系統被稱爲帶偏壓系統(externally-biasedelectrolysissystem)。

1、電解水的道理

導讀:特斯拉老板阿隆-馬斯克(ElonMusk):“(氫)燃料電池手藝底子就是在胡扯,完滿是垃圾(purerubbish)!”但在翔博士看來,特斯拉老板在將來幾年內,有可能會被打臉。以下是張博士對光伏制氫的細致引見。

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3、光電化學-電解水

圖二單光電極光電化學太陽能電池在外接電源環境下電解水示企圖

3.1光電化學電池的發源

公式一:電解水化學反映式

在藤島和本田的下,科學家們起頭研究其他雷同的半導體材料,但願可以或許尋找到合適半導體材料搭建自覺電解系統(self-biasedelectrolysissystem),實現光電化學電池在太陽光下可以或許自覺分化水制造氫氣。跟著研究者們的深切研究,他們發覺單一的半導體電極材料如釩酸铋(BiVO4)、钛酸锶(SrTiO3)等能夠在太陽光的映照下間接將水分化(如圖三a所示)。可是,這一類的半導體能帶帶隙比力大,只能接收不到1%的太陽光譜中的能量,因而全體轉換效率不高;而相對的,能帶帶隙較小的半導體材料雖然能夠接收更多的太陽光,卻不克不及供給足夠的電壓間接電解水。

3.2光電化學電池的研究成長電解水原理過濾器推薦三道水塔過濾器電解水好處