太阳能电池或可圆梦燃料电池车

或许一提起太阳能这个词，我们会想起是一块蓝色的玻璃板，面朝太阳，将太阳能转化成电能。不过现在，科学家为了提高燃料电池的效率，打算让太阳能电池与之结合。

最近，加州伯克利大学一个研究团队研发了一套设备，利用太阳光更有效地分解水中的氢和氧。他们利用了两种截然不同的材料，一种可以强力吸收阳光，一种电导率很高，两者结合可以提 高电池的效率。

早在2013年，加州伯克利大学化学家Peidong Yang，已经用半导体纳米线制作了这种光电化学电池。不过问题是它不能产生太大的电流，导致分解过程非常缓慢。经分析，问题出在二氧化钛 纳米线的阳极上。二氧化钛有很宽的禁带，所以只能吸收紫外光，而非可见光。

而钒酸铋可以更好地吸收可见光，但导电性不如二氧化钛。但Yang认为将两者合在一起可以集大成。他用钽和二氧化钛制造纳米线，然后涂上钒酸铋粒子。钒酸铋吸收太阳的光子，将电子传 递给二氧化钛。

Yang坦承，“这仍然并不能算作是一个好的阴极，不过已经有了进步。”

硅纳米阴极的电流可以高过25毫安每平方厘米，不过这种阴极只能达到2.1毫安每平方厘米。电池的效率取决于最小的电流。

Yang希望能够找到合适的成份使其改善：“我们正在寻找其他材料。”

已经大量研究者正在寻求将太阳能电池与燃料电池结合。科学家们认为太阳能可以让氢能更易获得，进而让氢燃料电池更加有吸引力。为此也提出了不少方案。

杜克大学材料科学家Nico Hotz认为这一问题的解决可能依赖于其他易于控制并容易转化成氢的能量。“我们要找到一种易于使用、运输、储存的能源，而不是氢。”

他提出了一种观点，将甲醇、乙醇或者乙烷与水混合，加热到300度到400度之间，就会产生氢，进而驱动燃料电池。通常上，这个过程需要消耗部分燃料以获得足够的温度。Hot认为这显然是 在浪费燃料，希望所有的燃料都可以转化成氢。

为此他们研发了催化剂，如氧化铜、氧化锌和硝酸铝构成的纳米粒子。在混合物中加入足够的氧化铜，反应温度在220度到295度之间，将甲醇和水的混合体以2到50毫升每分钟的速度流入反应 容器，所有的能量都得到了转化。

Hotz介绍，一个太阳能收集器可以将反应容器加热到250度而无需聚焦设备。如果加上聚焦设备，温度可达500到700度，能够让其利用更高能量密度的能量。

不过，这个过程有一个问题，它会产生大约1%的一氧化碳。Hotz解释道：“如果直接加入1%的一氧化碳进燃料电池就会毁灭它”。所以，研究者们还得研发一种金/氧化铁催化剂将一氧化碳转 化成危害较小的二氧化碳。

同伯克利的Yang相同，新加坡南洋理工纳米材料研究团队领导人Alfred Tok ling Yoong正在研发一种光电化学电池产生氢。他的工作的关键在于组建更优秀的半导体电极，以捕捉更宽的太阳
光谱，有效地转化氢，同时既廉价又不被水腐蚀。为此，他正在研发一种具有反蛋白石结构的二氧化钛晶体。

科学家们在20世纪90年代发现了蛋白石，一种多晶硅组成的宝石，因其周期性结构使其成为天然的光子晶体，可以捕捉直射光。Tok和他的研究团队研发了“反蛋白”，拥有改善后的光子禁带 ，进而捕捉阳光能力增强。而且他们将之与氧化锌纳米线连接，以制作高效的光电极，可以吸收更多的光线并改善电子流动。

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