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2019-05-07 点击量：902次
近日EPFL（瑞士联邦理工学院）的研究人员发明了一种能够产生大量清洁能源氢气的智能装置。这种装置能够将太阳光集中起来，这种装置使用了少量生产氢气所需的稀有、昂贵的材料，却能仍然保持着较高的太阳能燃料转化效率。这项研究已进入下一个阶段，并已经在EPFL校园内安装了一个试点设施。
从地球的能源利用方式看，氢将在减少人们对化石燃料的依赖方面发挥着关键作用。氢气可以通过使用太阳能来分裂水分子而持续产生。由此产生的清洁能源可以储存、用于汽车燃料或按需转换成电能。但是，在大规模、经济实惠的情况下实现氢气的可靠供应却是许多研究人员面临的一个重大挑战。高效的太阳能制氢需要稀有而昂贵的材料——包括太阳能电池和催化剂——这次材料帮助装置完成能量的搜集然后将其转化成电能进行氢分解。
EPFL可再生能源科学与工程实验室（LRESE）的科学家们提出了一个全新的想法，即集中太阳辐射，以较低的成本在某一特定区域产生更多的氢。他们开发了一种增强型光电化学系统，当与集中太阳辐射和智能热管理结合使用时，可以将太阳能转化为氢，转化率为17%，功率和电流密度达到前所未有的水平。而且，该技术相对稳定，能够处理日常太阳辐射的随机动力学。
他们的研究结果刚刚发表在《自然能源》杂志上。"在我们的设备中，一层薄薄的水流过一个太阳能电池来冷却它。该研究的合著者SaurabhTembhurne说："系统温度仍然相对较低，这使得太阳能电池能够提供更好的性能。""同时，水提取的热量被转移到催化剂上，从而改善化学反应，提高制氢速度，"LRESE的研究员FredyNandjou补充道。因此，在转化过程的每一步都对制氢进行了优化。
科学家们利用LRese独特的太阳模拟器来演示他们的设备的稳定性能。实验室规模演示的结果非常有希望，以至于该设备已经升级，目前正在EPFL的洛桑校区进行户外测试。研究小组安装了一个直径7米的抛物面镜，它将太阳辐射集中到1000倍，并驱动这个装置。第一次测试正在进行中。
科学家们估计，他们的系统可以运行超过30000小时，或者近使用寿命超过四年，而不需要更换任何部件，如果每四年更换一次某些部件，则可以运行长达20年。他们的太阳能集中器转动并跟随太阳穿过天空，以最大限度地提高产量。LRESE负责人和项目负责人索菲亚·豪塞纳解释说："在阳光明媚的天气下，我们的系统每天能产生1千克氢气，这足以让氢动力汽车行驶100到150公里。"
对于分布式大规模制氢，几个浓缩器系统可以一起用于化工厂或制氢站制氢。Tembhurne和Haussener计划与一家名为Sohytec的分拆公司一起将他们的技术从实验室转移到工业领域。
作为研究的一部分，科学家们还进行了技术和经济可行性研究，并开发了一个名为specdo（太阳能光电化学设备优化）的开源软件程序。这个程序可以帮助工程师设计用于生产太阳能氢的低成本光电化学系统的组件。此外，他们还提供了一个称为SPECDC（太阳能光电化学装置比较）的动态基准测试工具，用于比较和评估所有光电化学系统演示。
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这项研究的资金由纳米时代项目Shine和瑞士国家基金会开始资助童子军；扩大规模是由瑞士国家基金会桥梁、瑞士联邦能源办公室和EPFL资助的。
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