能够将太阳光能转化为氢,可将阳光辐射聚焦1000倍并驱动装置

氢动力燃料电池有可能让驾驶员长距离行驶,然后重新注入燃料,类似于当今燃气动力车辆的工作方式。问题在于,世界上大部分地区没有氢气基础设施,也没有多少氢气可以及时生产。来自EPFL可再生能源科学与工程实验室的研究人员创造了一种装置,该装置集中太阳辐射,以较低的成本在给定区域内产生更大量的氢气。

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该系统采用增强型光电化学系统,与太阳辐射和智能热管理相结合,将太阳能转化为氢气,转化率为17%。该团队指出,17%是前所未有的效率。团队创建的技术是稳定的,可以处理日常动态太阳辐射。该团队创建的设备有一层薄薄的水,以冷却太阳能电池,并且允许提升太阳能电池表现性能。由水提取的热量被转移到催化剂中,从而改善化学反应并增加氢气产量。

作者:Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne

最初,使用了LRESE的太阳能模拟器,实验室规模的测试结果很有希望,可以在户外进行放大和测试。户外测试设备有一个7米直径的抛物面镜,可将太阳辐射集中1000倍并驱动设备。该团队认为,他们的设备可以运行超过3万小时或近四年,无需更换零件,而每四年更换一次零件,运行寿命长达20年。太阳能聚光器可以自动跟踪太阳,在晴朗的天气里,它每天可以产生高达1公斤的氢气,足以在驱动氢动力汽车行驶150千米。

氢将在减少我们对化石燃料的依赖方面发挥关键作用。它可以通过利用太阳能来分解水分子而持续产生。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、经济实惠的情况下使其可靠是研究人员面临的一个挑战。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——来收集能量然后将其转化。

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EPFL可再生能源科学与工程实验室的科学家们提出了一个想法,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,它们的技术稳定,能够处理日常太阳辐射的随机动力学问题。

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他们的研究结果刚刚发表在《自然能源》杂志上。该研究的合著者Saurabh Tembhurne说:“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。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的研究人员Fredy Nandjou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理想,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为7米的抛物面镜,它将太阳辐射浓缩到1000倍,并驱动这个装置。第一次测试正在进行中。

氢气站

科学家们估计,他们的系统可以运行超过30000小时或者近四年,而且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跟随太阳轨迹进行转动,以最大限度地提高产量。LRESE负责人和项目负责人Sophia Haussener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、大规模的制氢,几个浓缩器系统可以一起用于化工厂或制氢站的制氢。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。

开源软件

由于有一个开放的接口,它将可以及时监测系统的性能。

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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