氢燃料电池不可避免的太阳能行军

赖斯大学的研究人员正在研究一种相对简单，低成本的方法，利用太阳作为能源，撬开水中的氢。新系统涉及在高能“热”电子有机会冷却之前将其引导到有用的目的。如果研究取得进展，这对于氢燃料电池电动汽车市场来说是个好消息，氢燃料电池电动汽车市场在某些细分市场中一直在增长，但在乘用车和公共汽车方面却遇到了成本壁垒。

水中可再生氢

对于那些刚接触该主题的人来说，氢的高能量密度使其非常适合燃料电池电动汽车，但是制造氢是一个能源密集型过程，当前依赖化石天然气作为来源。

通过使用可再生能源将水分解为氢和氧，太阳能水分解器的出现可以同时解决这两个问题。风能，水力发电和潮汐能也是从水生产氢的“清洁”能源。饮用水不一定会受到损害，因为新兴技术可用于处理不纯净的水，包括市政废水。

赖斯大学太阳能分水器

赖斯大学新的氢气系统解决了传统水分解尝试中的一些问题。

研究团队开发了一种三层材料，该材料首先是铝薄板，上面涂有纳米级的透明氧化镍层。最顶层是散布着直径为10到30纳米的超微小金盘。

该材料既可以直接收集阳光，也可以收集铝层的反射光。无论哪种情况，金纳米颗粒都将光转换成高能“热”电子（稍后会详细介绍）。低能电子“洞”被铝层吸引，而氧化镍层则使它们通过，同时使热电子留在金盘上。

到目前为止，研究人员已经确定，新材料产生的光电流可能足以分解水，并且与更复杂，成本更高的系统“相提并论”。

下一步是直接测量反应产生的氢气和氧气。

热电子和水分解

因为它们非常有能量，所以“热”电子对于推动化学反应非常有用。问题在于它们会迅速衰减。为了弄清楚速度有多快，莱斯研究小组建议您考虑一下：

…当今最好的光伏太阳能电池板中的大部分能量损失是由于热电子在几万亿分之一秒内冷却并以浪费的热量释放能量的结果。

如果您可以抓住热电子并在它们冷却之前使用它们，那么回报将是太阳能转换效率的巨大提高。

为了寻求解决方案，莱斯团队研究了大学以前在等离子体激元上的工作。等离子体是指像波一样在金属表面传播的电子。与热电子一样，等离激元的寿命极短，但是将两者放在一起会产生魔力。

热电子及其相应的空穴是由等离子体的“震动”引起的。面临的挑战是使两个状态保持分离，以使热电子无法还原到其低能状态。

这样做的常规方法是将热电子推过能垒。这是一种低效的方法，但是由于它基于熟悉的技术而被广泛使用。赖斯团队从相反的角度提出了这个问题：

我们采取了一种非常规的方法：我们没有驱除热电子，而是设计了一种带走电子空穴的系统。实际上，我们的设置就像一个筛子或一个膜。空穴可以通过，但是热电子不能通过，因此它们在等离子体纳米粒子的表面上仍然可用。

氢世界，某个地方

当特斯拉汽车公司联合创始人埃隆·马斯克（Elon Musk）开玩笑地说燃料电池汽车（FCEV）是BS时，至少有一家FCEV制造商信守了他的诺言，指出您有可能使用源自牛粪的氢气运行FCEV。

我们还没有到位-出于经济原因，化石天然气仍是燃料电池的主要氢气来源-但与此同时，FCEV正在进入许多重要的利基市场，尤其是物流。

在研究方面，事情也在发展。去年春天，CleanTechnica被邀请参加德国的一项技术会议，其中包括与Fraunhofer ICT-IMM分散与移动能源技术系主任Gunther Kolb教授讨论燃料电池。在展示最近的一次营销失败时，科尔布博士确认燃料电池技术与固定存储电池技术具有“绝对的竞争力”。

就在几周前，CleanTechnica还访问了瑞士，并在洛桑ÉcolePolytechniquefédéralede Lausanne上对该国家的太阳能氢和电力t0气体研究进行了近距离观察，并在瑞士的Empa的房屋和车辆中部署了氢联邦材料与技术研究所-研究人员明确指出，瑞士已将氢作为冬季的长期储能解决方案，这是该国大型水电系统的“干旱”季节。

关于电池和燃料电池电动汽车之间的紧张关系，在我们的巡回演出中，Empa展示了一种由电池驱动的电动扫街车，该扫街车将燃料电池作为增程器，因此请继续关注。

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图片：赖斯大学。