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太陽能光解水制氫具備條件簡析
發(fā)布時(shí)間：2016-08-04 瀏覽量：8555
太陽能光解水制氫具備條件簡析：把太陽能先轉(zhuǎn)化為電能，通過電化學(xué)過程可實(shí)現(xiàn)光電分解水制取氫氣的目的。隨著光伏電池效率的提高和成本的降低以及電解槽技術(shù)的成熟，利用太陽能轉(zhuǎn)化的電能進(jìn)行電解水制氫將成為氫能源開發(fā)的重要途徑之一。
目前，太陽能制氫技術(shù)主要有：太陽能電解水制氫，太陽能熱化學(xué)制氫，太陽能光化學(xué)制氫，太陽能光解水制氫，太陽能熱解水制氫和光合作用制氫。
將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，再通過電解水制氫。除目前已經(jīng)進(jìn)入實(shí)用化階段的太陽能光伏電池和太陽能熱發(fā)電以外，值得注意的可見光敏化TiO2納米晶光伏電池。據(jù)稱，這種新型電他的光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)12％，且價(jià)格比硅太陽能電池便宜。最 近，他們又對電池的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了改進(jìn)，采用一種無定形有機(jī)空穴導(dǎo)電材料作為固體電解質(zhì)，光電轉(zhuǎn)換 效率可進(jìn)一步提高。如果電解水也能采用這種材料作為固體電解質(zhì)，則有可能發(fā)展成一種全新的光電化學(xué)池 分解水復(fù)合裝置，從功能上對光合作用中的分解水過程進(jìn)行模擬。
在太陽輻射中紅外光占50％，通過熱催化轉(zhuǎn)化把這部分太陽能利用起來，作為光解水制氫的輔助儲能手段，可以提高太陽能全譜的能量轉(zhuǎn)換效率，具體方法是利用吸熱反應(yīng)吸收太陽的熱能，再通過放熱反應(yīng)使熱量釋放出來，以達(dá)到太陽能熱化學(xué)儲存的目的。俄羅斯和澳大利亞學(xué)者在這方面已做了大量工作，并建有模擬裝置。可以用于太陽能熱化學(xué)儲存的催化反應(yīng)有甲烷蒸汽重整（吸熱）和甲烷化（放熱）、氨分解（吸熱）和合成氨（放熱）等。
太陽能電解水制氫系統(tǒng)采用光電池、電解電極和電解池構(gòu)成，制氫的方法分兩步：第一步是通過太陽電池將太陽能轉(zhuǎn)換成電能，第二步是將電能轉(zhuǎn)化成氫，構(gòu)成所謂的太陽能光伏制氫系統(tǒng)。由于太陽能-氫的轉(zhuǎn)換效率較低，在經(jīng)濟(jì)上太陽能電解水制氫至今仍難以與傳統(tǒng)電解水制氫競爭。在太陽能電解水制氫的裝置中，多采用硅電極，用磷滲漬成負(fù)極，硼滲漬成正極?；虿捎醚趸F作電極，用鎂滲漬及硅滲漬分別形成正負(fù)極。當(dāng)陽光照射在光伏轉(zhuǎn)換裝置上時(shí)，便會產(chǎn)生氫和氧。但是光-氫轉(zhuǎn)換效率低。
太陽能熱化學(xué)制氫技術(shù)較成熟、產(chǎn)量大、成本低，但是需要復(fù)雜的機(jī)電設(shè)備、強(qiáng)電輔助、高溫條件和耐高溫材料，常規(guī)耗能高，效率較低且伴有環(huán)境污染。
太陽能光化學(xué)制氫利用乙醇、光敏劑和催化劑實(shí)現(xiàn)光化學(xué)分解實(shí)現(xiàn)，目前還不夠成熟，光-氫轉(zhuǎn)換效率還很低。
太陽能熱解水制氫需要2000℃以上的超高溫，裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)昂貴，光-氫轉(zhuǎn)換效率很低，制氫技術(shù)不夠?qū)嵱谩?/p>
利用光合作用制氫技術(shù)還處于探索階段，微生物產(chǎn)氮化酶、氫化酶效率低，氮化酶、氫化酶的熱穩(wěn)定性不好、壽命太短，因而還有待進(jìn)一步研究。
太陽能光解水制氫采用半導(dǎo)體光敏催化劑分解水制氫，由于缺乏可見光敏和寬譜線光敏催化劑，光-氫轉(zhuǎn)換效率還比較低。近幾年太陽能光解水制氫技術(shù)的迅猛發(fā)展和巨大突破，有可能在未來二三十年內(nèi)逐步走向?qū)嵱没?，使太陽能光解水制氫產(chǎn)業(yè)化成為現(xiàn)實(shí)。
太陽能光解水制氫的主要途徑有光電化學(xué)法、均相光助絡(luò)合法和半導(dǎo)體光催化法。其中，以半導(dǎo)體光催化法經(jīng)濟(jì)、清潔、實(shí)用，因而富有前途。
半導(dǎo)體光催化太陽能電解水制氫技術(shù)是將太陽能電解水制氫技術(shù)與半導(dǎo)體光催化太陽能光解水制氫技術(shù)相結(jié)合的一種復(fù)合光電分解水制氫技術(shù)。該技術(shù)具有光氫轉(zhuǎn)換效率高、節(jié)省常規(guī)能源、保護(hù)環(huán)境和便于氫氧分離等優(yōu)點(diǎn)，一旦發(fā)展成熟并投入使用將帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會效益，并可能帶給人類使用能源的革命性變革。
