增壓裝置從人造樹葉擠出更多氫氣
一項新的研究檢視了壓力對人工樹葉運作的化學過程的影響,因此人工樹葉很快就能更好地產生氫氣,而這一切都歸於氣泡。說到某些過程,自然是難以超越的。以光合作用為例。由於樹葉的作用,樹木能夠從空氣中吸入二氧化碳,將其與水結合,獲得生存所需的能量,同時向地球上的其他地方輸送大多數生物賴以生存的氧氣。
人工葉片內部化學過程中形成的氣泡會影響系統的效率
因此,科學家多年來一直試圖模仿樹葉,並以獨特的方式應用其原理,而不是試圖做得比樹葉更好。雖然我們已經看到人造樹葉可以生產從合成氣體到藥物的各種物質,但這種小技術最有前途的用途之一是從空氣和水中釋放氫氣。這發生在自然光合作用中,植物將水分子中的氫原子和氧原子拉開。
目前的人工氫葉-即光電化學電池(PEC)–使用光電電極產生電流,將水分成氫氣和氧氣。最好的光電化學電池的能量轉換率為19%,這是衡量一個系統能產生多少淨電能的標準。相較之下,目前最好的太陽能板的能量轉換率約為24%。
推動PEC 超過這一速度的問題之一是,在這過程中,電極所處的電解質溶液中開始形成氣泡。這些氣泡會妨礙溶液接觸電極,也會幹擾系統吸收光線的能力。
德國柏林亥姆霍茲材料與能源研究中心(HZB)的研究人員認為他們可以解決氣泡問題,於是他們測試了對聚能電容器的內部結構施加更多大氣壓力的想法。他們發現,如果將工作壓力提高到8 巴,就能抑制氣泡的產生,從而將系統的總能量損失減半,這樣就能比目前的黃金標準系統提高5-10% 的能量轉換率。
研究的第一作者馮亮說:”在這種壓力下,光學散射損失幾乎可以完全避免。我們還發現,產品交叉顯著減少,尤其是氧氣向對電極的轉移。”
樑和他的同事在《自然-通訊》雜誌上報告了他們的發現。