您现在的位置是：首页 > 财经网站首页财经

斯坦福大学的科学家们已经开发出一种低成本且无腐蚀的硅基水分离器。科学家表示，这种新型器件 - 涂有超薄镍层的硅半导体 - 可以为从太阳光中大规模生产清洁氢燃料铺平道路。

他们的研究结果发表在11月15日出版的“ 科学 ”杂志上。

研究报告的共同作者，斯坦福大学化学教授戴宏杰说：“太阳能电池只在阳光照射下起作用。” “当没有阳光时，公用事业公司通常不得不依靠使用煤炭或天然气的传统发电厂的电力。”

戴解释说，更环保的解决方案是用氢动力燃料电池补充太阳能电池，这些燃料电池在夜间或需求特别高时发电。

为了生产用于燃料电池的清洁氢，科学家们已经转向一种名为水分解的新兴技术。将两个半导体电极连接并放置在水中。电极吸收光并利用能量将水分解成其基本成分，氧气和氢气。氧气释放到大气中，氢气作为燃料储存。

当需要能量时，过程就会逆转。储存的氢气和大气氧气在燃料电池中结合以产生电和纯水。

整个过程是可持续的，不排放温室气体。但找到一种廉价的分水方法一直是一项重大挑战。今天，研究人员继续寻找可用于制造水分离器的廉价材料，其效率足以实用。

硅溶液

“硅，广泛用于太阳能电池，将是一种理想的低成本材料，”斯坦福大学研究生迈克尔·肯尼说，他是科学研究的共同主要作者。“但硅与电解质溶液接触会降解。实际上，一旦水分解反应开始，硅制成的浸没电极就会腐蚀。”

2011年，斯坦福大学的另一个研究团队通过在硅电极上涂上超薄二氧化钛和铱层来应对这一挑战。该实验水分离器产生氢气和氧气8小时而没有腐蚀。

“这些都是鼓舞人心的结果，但对于实际的水分解，需要长期稳定，”戴说。“而且，贵金属铱是昂贵的。非贵金属催化剂是理想的。”

为了找到一种低成本替代方案，戴建议肯尼和他的同事尝试用普通镍涂覆硅电极。“镍是耐腐蚀的，”肯尼说。“它也是一种活性氧生成催化剂，而且它的土壤丰富。这使得它对这种类型的应用非常有吸引力。”

镍纳米薄膜

在实验中，戴团队在硅电极上涂上2纳米厚的镍层，与另一个电极配对，并将其置于水和硼酸钾溶液中。当施加光和电时，电极开始将水分解为氧气和氢气，该过程持续约24小时且没有腐蚀迹象。

为了提高性能，研究人员将锂混合到水基溶液中。“值得注意的是，添加锂赋予电极更高的稳定性，”Kenney说。“他们连续产生氢气和氧气80小时 - 超过三天 - 没有表面腐蚀迹象。”

戴先生补充说，这些结果比先前的实验努力有了显着的进步。“我们的实验室生产了最长寿命的硅基光阳极之一，”他说。“结果表明，超薄镍涂层不仅可以抑制腐蚀，还可以作为电催化剂，加速水分裂反应。

“有趣的是，自托马斯爱迪生时代以来，锂电池中添加锂已被用来制造更好的镍电池。许多年后，我们很高兴地发现它也有助于制造更好的水分解装置。”

科学家计划在提高镍处理硅和其他材料电极的稳定性和耐久性方面做进一步的工作。

该研究的其他作者是Ming Gong和Yanguang Li(联合主要作者)，Justin Z. Wu，Ju Feng和Mario Lanza，他们以前或现在都是斯坦福大学的实验室。