增压装置从人造树叶中挤出更多氢气

2024年08月04日 07:58 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

一项新的研究考察了压力对人工树叶运行的化学过程的影响,因此人工树叶很快就能更好地产生氢气,这一切都归于气泡。说到某些过程,自然是难以超越的。以光合作用为例。由于树叶的作用,树木能够从空气中吸入二氧化碳,将其与水结合,获得生存所需的能量,同时向地球上的其他地方输送大多数生物赖以生存的氧气。

人工叶片内部化学过程中形成的气泡会影响系统的效率

因此,科学家们多年来一直试图模仿树叶,并以独特的方式应用其原理,而不是试图做得比树叶更好。虽然我们已经看到人造树叶可以生产从合成气体到药物的各种物质,但这种小技术最有前途的用途之一是从空气和水中释放氢气。这发生在自然光合作用中,植物将水分子中的氢原子和氧原子拉开。

目前的人工制氢树叶--即光电化学电池(PEC)--使用光电电极产生电流,将水分成氢气和氧气。最好的光电化学电池的能量转换率为 19%,这是衡量一个系统能产生多少净电能的标准。相比之下,目前最好的太阳能电池板的能量转换率约为 24%。

推动 PEC 超过这一速度的问题之一是,在这一过程中,电极所处的电解质溶液中开始形成气泡。这些气泡会妨碍溶液接触电极,还会干扰系统吸收光线的能力。

德国柏林亥姆霍兹材料与能源研究中心(HZB)的研究人员认为他们可以解决气泡问题,于是他们测试了对聚能电容器的内部结构施加更多大气压力的想法。他们发现,如果将工作压力提高到 8 巴,就能抑制气泡的产生,从而将系统的总能量损失减半,这样就能比目前的黄金标准系统提高 5-10% 的能量转换率。

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该研究的第一作者冯亮说:"在这种压力下,光学散射损失几乎可以完全避免。我们还发现,产品交叉显著减少,尤其是氧气向对电极的转移。"

梁和他的同事在《自然-通讯》杂志上报告了他们的发现。

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