化学法储存太阳能

材料牛注：我们经常能见到太阳能电池和化学电池，但它们都有着各自的优缺点，这限制了其在工业上的应用。最近，来自维也纳工业大学的研究人员首次将太阳能电池和化学电池结合起来组装成新型电池，将太阳能转化为化学能存储下来，解决了太阳能电池在高温下效率受限的问题，并可用来合成燃料。

光电化学电池已经在维也纳工业大学被开发出来。它可通过化学法来储存紫外光的能量，即便是在高温情况下。

大自然向我们展示了它是如何做到这一点的：植物可以吸收太阳光并且以化学能的形式来存储能量。然而想要在工业上进行大规模地效仿却非常困难。太阳能电池将太阳光能转化为电能，但在高温下，太阳能电池的效率会降低。电能可以用来生产氢气并存储起来，但是这个过程的能量效率是受限的。

来自维也纳工业大学的科学家们已经提出一种全新的概念：通过合成高度专业化的新材料，他们已经成功地将高温太阳能电池和电化学电池结合起来。紫外光可以直接用于使固体氧化物电解质泵出氧离子。紫外光的能量便以化学能的形式储存下来了。在未来，这种方法也可用于将水分解成氢气和氧气。

可用于高温条件的特殊材料

维也纳工业大学的学生乔治•布鲁诺开始琢磨可能的太阳能电池和电化学存储的组合。这种体系的可行性关键取决于它是否能够在高温下工作。“这将使我们能够用镜子来收集太阳光并建设大型高效的工厂”，布鲁诺说到。然而，常见的太阳能电池只能在100℃以下正常工作。而在太阳能收集工厂，太阳能电池正常工作的温度将会极大地升高。

在布鲁诺的博士研究工作中，他设法把自己的想法付诸实践。成功的关键是材料的一次不寻常的选择。即放弃了传统的硅基太阳能电池，而使用了一种特殊的金属氧化物--钙钛矿。通过将几种不同的金属氧化物结合起来，布鲁诺成功地组装了一个将太阳能电池和电化学电池结合的新型电池。维也纳工业大学的几个合作伙伴也一并参与了项目的研究。

发电以及泵出离子

“我们的电池由两个不同的部分组成，位于顶部的光电部件以及其下面的电化学部分”。布鲁诺说：“在上层，紫外光产生自由载流子，就像太阳能电池一样”。这层中的电子被立即转移到电化学电池的底层。一旦到达那里，这些电子就被用来电离氧气产生负氧离子，这些离子之后可以通过电池电化学部分的薄膜。

“这是光电化学中至关重要的一步，我们希望在这一步中探寻水分解产生氢气的可能性”，布鲁诺说。在电池反应的第一步中，电池中紫外线驱动氧气分解。在400°C温度下，它可产生高达920毫伏的开放式直流电压。

光电化学电池目前已经在期刊Advanced Functional Materials上发表，但该研究项目仍在继续。“通过开展实验，我们想了解这些影响的起源。希望能够进一步提升我们材料的性能”，布鲁诺说。如果电功率可以略微增加，电池将能够将水分解为氧气和氢气。“这个目标是可以实现的，现在我们已经证明电池可以工作”，布鲁诺说。这个概念不仅对生产氢气有帮助，因为它也可以将二氧化碳分解成一氧化碳。生产出来的以氢气和一氧化碳形式携带的能量可被用来合成燃料。

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感谢材料人编辑部顾玥提供素材