廉价设备将阳光转换成氢燃料

如果将来太阳能成为全球电力的主要来源，在没有阳光的时候我们会需要用廉价的方法存储来自太阳的能量。一篇近日发表《科学》杂志的论文报道称针对该系统取得重大进步。研究人员已经开发出一种设备，能够低价而有效地将阳光中的能量转换成可用作燃料且易于存储的氢。

传送到这些电极上的太阳能使得电极能够从水中生产出氢和氧。

迈克尔·格雷泽尔(Michael Graetzel)是瑞士洛桑联邦理工学院光子学与接口实验室的负责人，他与身处韩国和新加坡的同事一起开发出了一款利用电力和催化材料从水中生成氢和氧的设备。这种新型的“分水机”(人们对这种设备的称谓)效率高，用料成本低、供应足，易于生产。

几十年来，研究人员一直在寻求太阳能分水法，而尽管这种设备的一两个部分展现出优异性能，但人们没有开发出一个完整的实用系统。

新设备非常引人注目，这是因为它符合实用设备四大标准中的三项：效率高、成本低、实用供应充足的材料(因此可大范围使用)。接下来需要符合第四项标准——可靠性。这一设备用相对高压的新型太阳能电池来产生所需电量，同时还用到了基于两极(一极生成氢，另一极生成氧)上的镍与铁的、价格便宜的新式催化材料。

以之前的研究为基础开发的催化剂(显示为氢氧化镍)是一种颇有前景的催化剂，并且添加铁可以提升其性能。研究人员在氢氧化镍中加入铁，形成分层结构，然后将催化剂放在多孔“泡沫”镍上以扩大反应的发生范围，从而加快其速度。

太阳能电池使用一种叫做钙钛矿的材料，这种材料价格便宜、易于生产，并且由于其效率在过去几年一直以一种惊人的速度提升，因此也持续振奋着研究界(参见“可以让太阳能非常便宜的材料”与“可控催化剂使新型太阳能材料切实有效”)。

太阳能分水机能以氢的形式存储阳光中12.3%的能量。这看上去似乎是小数目，但考虑到大多数太阳能电池只能将阳光中16%的能量转换成电力，还不算将该能源转换成易于存储的氢这一额外步骤。

在这款设备切实生效前，还有更多工作要完成。首先，几个小时后太阳能电池的性能就会迅速衰退。研究人员无法确定钙钛矿材料为什么会迅速降解，但他们在不断取得进步——比如添加一层碳渣层或改良太阳能电池针对这些元素的密封方式。研究人员于近期展示了一款可持续一个多月的钙钛矿太阳能电池。