美國史丹佛大學(Stanford University)的研究人員開發了一種排放量更低、也更穩定的氫(hydrogen)燃料製造方法;氫燃料一直被視為汽油的替代品,但因為缺乏燃料補充站以及生產過程不能完全達到零排放,而被認為不切實際。

史丹佛大學材料科學暨工程系副教授崔屹(Yi Cui)表示:「如果能讓氫燃料變得更便宜且能普及,可望有數百萬輛汽車採用這種乾淨的能源。」

為了解決二氧化碳排放量問題,崔屹與他的同事採用了新興的太陽能分解水(photovoltaic water splitting)技術──將太陽能供電的電極浸入水中,當太陽光接觸電極時,會產生電流將水分解為氫與氧。不過以矽製成的傳統太陽能電極曝露於氧氣時會迅速腐蝕。

史丹佛大學的方法是利用釩酸鉍(bismuth vanadate)來製作太陽能電池,該種材料是廉價、會吸收太陽光的化合物,而且具備抗腐蝕的高度穩定性;釩酸鉍能產生適中的電量,但崔屹表示:「其性能仍然低於太陽能轉氫燃料的理論轉換效率。」

為了攜帶電流,釩酸鉍製作的太陽能電池必須要小於200奈米,使其看起來是透明的;因此可見光能輕易透過穿透電池來產生電力。為了捕捉陽光,崔屹的團隊轉向採用奈米技術並打造了以數千個約600奈米高的矽奈米錐(nanocones)組成之微型陣列。

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史丹佛研究團隊打造了用以捕捉陽光的矽奈米錐微型陣列,以提升釩酸鉍太陽能電池的性能
(來源:Wei Chen、Yongcai Qiu,Stanford)

「奈米錐結構展現了優異的、橫跨廣泛波長範圍的光線捕捉能力,」崔屹表示:「每個奈米錐的形狀都針對太陽光的捕捉進行最佳化,不然光線就只是穿透了纖薄的太陽能電池。」

那些奈米錐陣列被排放在一層釩酸鉍薄膜上,然後一起放置於鈣鈦礦(perovskite)太陽能電池;在浸於水中之後,這個三層串聯的裝置會立即開始分解水,太陽能-氫轉換效率為6.2%──也是釩酸鉍太陽能電池的最大理論轉換效率。該串聯太陽能電池會持續10小時製造氫,崔屹並指出,該裝置:「未來仍有很大的進步空間。」

編譯:Judith Cheng

(參考原文: Nanotech Boosts Hydrogen Fuel Production,by Jessica Lipsky)