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2016年06月12日 星期日 放大 缩小 默认   
提高海水的发电效率
李忠东
  日本大阪大学材料与生命科学系福住俊一教授领导的研发团队,开发出一种新的光催化方法,利用阳光把海水变成过氧化氢,然后用在燃料电池中产生电流。这套系统的整体光电转换效率为0.28%,与生物质能源柳枝稷(0.2%)相当。其中通过光催化法使用海水制备过氧化氢的效率是0.55%,燃料电池本身的效率为50%。柳枝稷是美国本土的一种多年生植物,生命力极其顽强,可用于提炼乙醇燃料。

  传统海水发电一般是利用潮汐、海浪或海水温差,而大阪大学首次利用海水这种地球上最丰富的资源来制备过氧化氢。太阳能会在昼夜产生很大的波动,需要将太阳能转化为化学能存储起来以便夜间利用。作为一种很有前景的太阳能燃料,水中过氧化氢可用在燃料电池中产生电流,副产品只有氧气和水。

  氢气一般要么经过高度压缩,或者在特定情况下被低温冷冻成液体,而液态过氧化氢在高密度条件下储存和运输起来更加安全和方便。与现在绝大多数燃料电池所使用的氢气相比,使用液态过氧化氢更便于高密度储存。

  科学家长期以来一直在研究用光催化法制备液态过氧化氢的高效方法,但都不理想。有些制备方法虽然不需要阳光,可是因能源消耗太大并不实用。大阪大学的科技人员研制出的这种新型光电化学电池具有过氧化氢制备能力,首次通过光催化法使过氧化氢的制备效率达到足以应用在燃料电池中的程度。它用三氧化钨作为光催化剂,受到阳光照射时能吸收光子,利用得到的能量启动如下化学反应:氧化海水,减少氧气,最终制造出过氧化氢。 

  实验表明,在用阳光照射24小时后,电池中海水中的过氧化氢浓度一升能够达到48毫摩尔,大大超过用纯水做实验时获得的2毫摩尔。之所以产生如此巨大差异,在于海水中带负电的氯离子提高了光催化剂的活性,增加过氧化氢浓度。

  “虽然与其他一些光电能源相比,这种形式发电的整体效率并不差,但是仍然远远低于传统太阳能电池。”福住俊一教授表示,“我们希望今后能够改善光电化学电池的原材料,以提高发电效率。与此同时找到一种大规模使用海水制备过氧化氢的低成本方法,以取代目前用氢气(主要来自天然气)和氧气制备过氧化氢的高成本生产方式。”

  李忠东

     
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