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美国伊利诺大学芝加哥分校开发了利用二氧化碳和阳光生产燃料的太阳能电池

2016-08-25 299浏览 标签: 太阳能电池美国UIC

动态导读


     2016年7月28日,美国伊利诺伊大学芝加哥分校的科研团队开发了一种廉价、高效的太阳能电池,仅使用太阳光为能源,将大气中的二氧化碳直接转换为碳氢化合物燃料。


     传统太阳能电池将太阳光转换为电力并存储于电池组中。该项技术与传统太阳能电池不同,实际上起到了植物的作用,将大气中二氧化碳转换为燃料,解决了当下的两项难题。如若采用该技术建成太阳能电站,即可以去除大气中大量的二氧化碳,又可以生产高能燃料。

     与其说这种新型太阳能电池的核心技术是“光伏”不如说是“光合作用”。植物以糖的形式生产燃料,“人工树叶”却传递合成气体,一种以H2和CO为主的混合气体。合成气可直接燃烧,或转化为柴油和其他碳氢化合物燃料。该技术将二氧化碳转化为燃料,成本相当于一加仑汽油,使得化石燃料成为了过去时。采用化学反应将二氧化碳转化为可燃形式的碳被称为还原反应,与氧化反应或燃烧相反。研究人员一直在探索不同催化剂以驱动二氧化碳还原,但到目前为止,这类反应效率低下,依靠昂贵的银等贵金属完成。

     该研究团队的科学家长期关注一系列具有纳米结构的化合物催化剂,称为过渡金属硫化物,或者TMDCs。研究人员将TMDCs与非常规离子液体电解质一起组装成三电极电化学电池进行测试分析,获得的最佳催化剂为硒化钨(tungsten diselenide)纳米片。新催化剂更加活跃,更易打破二氧化碳的化学键。并且该催化剂催化速度比贵金属催化剂快1000倍,却比贵金属催化剂便宜20倍。该项技术的突破之处是采用被称作乙基甲基咪唑四氟硼酸盐的离子液体,并与水50%对50%混合。水和离子液体的混合可以使得催化剂在严酷的还原反应条件下保留活性位点。

     该新型太阳能电池包括两个18cm2的硅三结太阳能电池以捕获光;硒化钨和离子液体催化剂系统置于阴极一侧;氧化钴磷酸钾电解质则置于阳极一侧。当每平方米100瓦的光线(光到达地球表面的平均强度)作用于电池时,电池阴极产生H2和CO,与此同时,阳极产生自由O2-和H+,H+通过膜扩散到阴极,参与二氧化碳的还原反应。

     该项目的研究人员认为,这项技术不仅仅可以应用于太阳能电厂等大规模领域,也可以小规模应用,甚至在未来可以应用于大气中充满二氧化碳的火星上。该技术7月29日发表于科学杂志,被美国国家科学基金和美国能源部资助,并已经提交专利申请。


       动态链接:Breakthrough solar cell captures CO2 and sunlight, produces burnable fuel

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