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提高太陽(yáng)能電力儲(chǔ)存效率，不只是加熱鐵銹？
 
美國(guó)斯坦福大學(xué)(Stanford Unviersity)的研究人員發(fā)現(xiàn)一種實(shí)現(xiàn)大規(guī)模 太陽(yáng)能 電力儲(chǔ)存 的新方法。其方式是使用一般的 金屬氧化物 (例如 鐵銹 )，從而使 太陽(yáng)能電池 能夠?qū)⑺纸獬蓺浜脱酢Ｊ绞窃诎滋炖锰?yáng)能電池分解水，以儲(chǔ)存能量供夜間使用。太陽(yáng)能電池所擷取的光子可被轉(zhuǎn)換成提供能量的電子，從而進(jìn)行水分解。在夜晚時(shí)重新結(jié)合氫氣與氧氣則可回收能量，并將電力分配傳回電網(wǎng)——無(wú)需燃燒石化燃料以及造成碳排放。

研究人員已知金屬氧化物具有太陽(yáng)能電力位能。然而，金屬氧化物結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池在將光子轉(zhuǎn)換為電子的光電轉(zhuǎn)換效率卻也不如硅基太陽(yáng)能電池。

根據(jù)《能源與環(huán)境科學(xué)》(Energy and Environmental Science)期刊的最新研究報(bào)告指出，斯坦福大學(xué)的研究人員如今能夠讓金屬氧化物太陽(yáng)能電池成為更有利于能量?jī)?chǔ)存的候選方案。研究小組的研究結(jié)果顯 示，當(dāng)金屬氧化物太陽(yáng)能電池變得越熱時(shí)，將光子轉(zhuǎn)換化為電子的效率也更好。而硅基太陽(yáng)能電池的情況剛好相反，當(dāng)溫度升高時(shí)，其效率降低。

“我們能夠證實(shí)價(jià)格低廉、豐富且易于處理的金屬氧化物可能成為更好的電力生產(chǎn)者，顛覆我們以往的印象，”斯坦福大學(xué)材料科學(xué)與工程系助理教授William Chueh表示。

“藉由結(jié)合熱和光，基于金屬氧化物結(jié)構(gòu)的水分解太陽(yáng)能電池在儲(chǔ)存取之不竭的陽(yáng)光能源方面明顯更具有效率，”Chueh表示。

截至目前為止，以水分解作為儲(chǔ)存太陽(yáng)能量的方式明顯不切實(shí)際。原因之一在于成本效益。硅基太陽(yáng)能電池(例如用于屋頂上的太陽(yáng)能數(shù)組)則更適于將可見光與紫外線轉(zhuǎn)化為電力。但硅基太陽(yáng)能電池卻耗費(fèi)了承載熱量的紅外線以及使效率降低。

“標(biāo)準(zhǔn)電池僅利用一小部份的頻譜，其余的都因熱而耗散了，”Chueh表示。

在斯坦福大學(xué)最近進(jìn)行這項(xiàng)研究以前，一般仍認(rèn)為金屬氧化物的溫度越高，其效率越低。而且，由于金屬氧化物被認(rèn)為效率較硅更低，使得人們一開始把它拿來(lái)當(dāng)作水分解技術(shù)的興趣缺缺。

在這項(xiàng)研究中，研究人員們測(cè)試了三種金屬氧化物——氧化鉍釩、氧化鈦和氧化鐵(通常被稱為鐵銹)。他們想看看這些氧化物在不同溫度下將光子轉(zhuǎn)換為電子以及將水分解為氫和氧的效率如何。

“在這三種情況下，我們觀察到在更高溫度下產(chǎn)生了更多的氫氣和氧氣，”在Chueh實(shí)驗(yàn)室共同進(jìn)行研究的斯坦福大學(xué)博士班研究生Liming Zhang表示，“我們發(fā)現(xiàn)溫度越高，更能提高這些電池的載子遷移率——以一種可讓電子通過(guò)金屬氧化物的速度移動(dòng)。”

該研究論文的另一名作者Xiaofei Ye表示，“它所提升的效率十分顯著。根據(jù)我們的研究顯示，以陽(yáng)光提高金屬氧化物的溫度，能夠使氫氣生產(chǎn)速率倍增。”
在所測(cè)試的三種氧化物中，氧化鉍釩的效率最高。但研究人員認(rèn)為，熱增強(qiáng)的效果可能適用于許多不同的金屬氧化物，因此，他們計(jì)劃測(cè)試更多以往被認(rèn)為不適用于太陽(yáng)能電池節(jié)材料。

研究人員并發(fā)現(xiàn)，加熱金屬氧化物就能產(chǎn)生更多能量，意味著只需將簡(jiǎn)單的工程技術(shù)應(yīng)用于加熱太陽(yáng)能電池，即可提升其效率。

Chueh認(rèn)為，這項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)可望重新關(guān)注于開發(fā)金屬氧化物，使其作為具成本效益的替代方案，以取代硅基太陽(yáng)能電池。相較于可能日以繼夜用于儲(chǔ)存能源的方案，研究人員認(rèn)為由水分解而產(chǎn)生的純氫氣還可能用于直接為汽車或其他機(jī)具供電，而且不會(huì)污染環(huán)境。

“我們可以儲(chǔ)存這些氣體，然后透過(guò)管線進(jìn)行傳送；而且，當(dāng)我們?nèi)紵@些氣體時(shí)，也不會(huì)有任何的碳排放，”Chueh強(qiáng)調(diào)，“這是一種碳中和的能量循環(huán)。”

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