新的“人造叶”概念可能会刺激燃料电池市场

“人造叶子”的想法听起来很简单：采取一个与普通叶子一样大小的小型廉价集光设备，将其浸入一夸脱的水中，然后利用太阳能产生足够的氢气来为小型燃料电池供电。按比例放大，这些太阳能衍生的燃料电池将提供一种能量存储解决方案，使太阳能与任何化石燃料一样具有一致，可靠的基础。

各种各样的研究人员已经走了大部分路，只是迷上了“便宜”这个小词，但是一项新的研究揭示了一种可能会产生具有成本效益的解决方案的途径。

马拉产生的水〜地球光〜自由势。

便宜的人造叶子

我们称此设备为“人造叶”，但更确切地说，它是光电化学（PEC）电池。与将光转换为电的光伏电池相反，PEC电池收集光子并将其转换为高能电子，高能电子引发化学反应，将水分解为氢气和氧气。

一个主要的障碍是开发一种催化剂，该催化剂必须足够有效和便宜，才能使这种装置达到合理的价格点。相对而言，有很多高效催化剂，但是它们太昂贵了，难以理解。

与此相关的是，最有效的半导体在暴露于水时也容易腐蚀，这会杀死那里的全部交易。

这项新的研究来自美国国家标准技术研究所（NIST），该研究所提出了一种基于硅的PEC，其中一层二氧化硅使半导体绝缘。这种“三明治”的顶层是由钛制成并涂有铂金的微小电极的阵列。

如NIST所述，二氧化硅保护层足够薄，足以吸收足够的光以完成工作：

“……光子将穿过它到达半导体，而光生电子将以相反的方向“隧穿”以到达电极，其中铂催化产生氢的反应。

NIST还指出，部分节省将在制造过程中实现，这可以基于整个电子行业中已经普遍使用的标准制造方法。

廉价与高效之间的权衡

由于麻烦，NIST计算出的效率为2.9％，这听起来并不多，但请记住，我们所谈论的是PEC电池，而不是光伏电池。NIST的结果效率为2.9％，是其次之最佳硅基设计的15倍，并且该团队已经在寻找新的改进方法。

要记住的另一件事是，太阳能转换效率本身并不是目的，它是负担能力的一种手段。在这方面，研究哈佛研究员丹尼尔·诺塞拉（Daniel Nocera）（前麻省理工学院）倡导的小型PEC设备的潜在市场将很有帮助。

几年来，我们一直在关注Nocera自己描述的人造叶子，而他的基于硅的PEC概念直接针对未开发社区中潜在的燃料电池市场。

除了改善生活质量外，大量引入低成本PEC /燃料电池设备将有助于减少对木材，木炭和其他肮脏燃料的依赖，这些燃料目前已在亿万个家庭的原始炊具中燃烧，造成了很大一部分黑钱。碳和温室气体的排放量符合气候变化方程式。

人造叶的另一个障碍

除成本外，将人工叶片概念纳入主流还存在巨大障碍，尤其是在欠发达社区，这就是淡水短缺问题。

PEC电池需要新鲜，干净的水才能有效运行，部分原因是腐蚀问题，部分原因是杂质会在催化剂上形成生物膜。

Nocera的小组最近通过提出一种调整催化剂表面的方法解决了部分方程式，将其粗化到足以防止生物膜堆积的程度。

有趣的是，该调整还导致了自我修复表面。粗糙的表面易碎且会散落，但也会经历修复和重新组装的循环。

仍然存在使用非饮用水代替燃料来灌溉农作物的问题，但是在可预见的将来，利用公用事业规模的太阳能淡化技术，可以通过使用海水至少部分解决该问题。

真的是人造叶吗？

我们第一次写有关人造树叶的概念时，我们的一位评论者对此描述表示质疑。我们的想法是，如果这对Daniel Nocera足够好，对CleanTechnica也足够好，但是如果您真的想更进一步，请看一下Oak Ridge国家实验室，那里的研究人员一直在使用菠菜从水中产生氢气。

好吧，不是整个菠菜叶。菠菜蛋白，更精确地说。

北卡罗莱纳州立大学的一个团队正在探索类似的路径，将叶绿素和碳纳米管结合使用。

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