太阳能-氢分水器的寿命比最佳技术高出14倍

为了大规模地将水分解成氢，我们需要可持续、高效、可扩展和持久的技术。利用太阳能(或其他可再生能源)来分解水输送可持续性,而最近研究在效率和可伸缩性方面取得了重大进展。现在，日本研究人员表示，他们已经在耐久性方面迈出了重要一步。

今天的氢主要来自天然气，天然气会向大气中排放大量的碳和甲烷污染物。相比之下，可持续的太阳能制氢方法主要集中于光电化学(PEC)水分解。在名义上不产生温室气体的PEC系统中，特殊的催化剂材料吸收阳光，直接将水分解成氢和氧。但这些设备也受到低效率和寿命的限制。以前的PEC技术通常只能持续一周左右，而新系统的寿命要长得多。

“我们确认了100天的耐久性，这是实验证实的PEC水分解材料中最长的寿命之一，”他说Masashi加藤他是名古屋工业大学电气和机械工程教授。他说，对于可以安装在偏远地区的免维护系统来说，耐用性将是关键。

绿色氢的研究和技术已经在世界范围内获得了动力。一些公司和项目正在利用风能或太阳能通过电解来分解水。

直接太阳能劈水使用PEC是一种更优雅的、一步到位的利用太阳能生产氢气的方法。但事实证明，要大规模地这么做具有挑战性。这些设备还不够便宜、高效或耐用，无法走出实验室。

光催化剂在PEC设备中起了很大的作用。加藤和他的同事设计了一种串联的PEC装置，使用两个电极，每个电极都涂有不同的催化剂。一种是二氧化钛，一种常用于白色油漆和防晒霜的材料，另一种是加藤团队之前开发和报道的立方碳化硅。

这两种催化剂吸收光谱的不同部分，并以互补的方式分解水。二氧化钛是一种n型光催化剂，它吸收紫外线并产生电子，引发化学反应产生氧气。研究人员制造的碳化硅材料是一种p型催化剂，可以吸收可见光产生氢气。

这两种反应一起维持一段时间，当电压施加在放置在水中的设备上时，将水分解为氢和氧。加藤说，与之前的技术相比，这一技术的使用寿命提高了5倍，达到了100天的工作时间。

该系统的效率报告在期刊上太阳能材料与太阳能电池“，相对较低，为0.74%。大多数太阳能制氢技术已经实现了1- 2%的效率，但一些研究团队已经实现了更高的效率。来自意大利和以色列的研究人员最近报告了一种方法，利用半导体纳米棒顶部的铂球转换近4%将太阳能转化为氢燃料。

2019年，鲁汶大学的一个比利时研究团队报告了一项研究太阳能电池板原型它能吸收空气中的水分，并以15%的效率将其分解为氢和氧。根据美国能源部的说法，5- 10%的效率应该足够一个实用的太阳能氢系统。

Kato说，正是二氧化钛电极限制了系统的效率，该团队现在正在寻找其他光催化剂来提高效率，这些催化剂仍然可以与碳化硅电极协同工作。然而，耐用性和效率的结合仍然使他们的设备与众不同，他说。