斯坦福大学研究人员找到新的制造氢燃料从水方式，提高网格规模电池

斯坦福大学研究实验室已经开发出新技术，以解决两个世界上最大的能源挑战 — — 运输和网格规模的储能的清洁燃料。

斯坦福大学工程师创建数组的硅 nanocones 捕捉阳光，提高性能的太阳能电池的钒酸铋 (1 μ m = 1，000 纳米)。(图片来源 ︰ 魏陈和永彩邱)

研究人员描述他们在本月发表在期刊科学进展和自然通讯的两项研究的发现。港泉SMT

氢燃料

氢燃料长久以来一直作为清洁替代汽油。汽车制造商们开始向美国消费者提供氢动力汽车去年，但只有极少数有卖，主要是因为氢燃料补给站少之又少。

依翠，材料科学与工程在斯坦福大学副教授说:”数以百万计的汽车可以靠清洁的氢燃料便宜和随处可得，要是”。

与汽油动力车辆，二氧化碳的排放，不同氢汽车本身是免费的排放量。生产氢燃料，然而，不是免费的排放 ︰ 今天，制作最氢燃料的涉及天然气释放到大气中的二氧化碳的过程中。

为了解决这一问题，崔和他的同事们集中在光伏水分解。这个新兴的技术包括太阳能电极浸入水中。当阳光照射的电极时，它会产生电流，可将水分解成其组成部分，氢气和氧气。

寻找经济实惠的方式来产生清洁的氢从水一直挑战。很快由硅制成的传统太阳能电极腐蚀时暴露于氧，分解水的一个关键副产品。几个研究团队已将降低腐蚀涂层与铱和其他贵重金属硅。

写在 6 月 17 日一版的科学进展，崔和他的同事们提出了一种新的方法，利用钒酸铋，一种廉价的化合物，吸收阳光，产生极少量的电力。

崔，他也是在 SLAC 国家加速器实验室的光子科学系副教授说:”钒酸铋已被广泛视为光电化学分解水，部分由于具有低成本、 高稳定的抗腐蚀、 有前途的材料”。”然而，这种材料的性能仍远低于其理论太阳能氢转化效率。”

钒酸铋吸收光线，而是电的不良导体。使其电流，太阳电池的钒酸铋必须非常切薄，200 纳米或更少，使它几乎透明。因此，可以用来发电的可见光只是穿过细胞。

为了捕捉阳光之前它逃脱,，崔的团队转向纳米技术。研究人员发明的微观阵列包含数以千计的硅 nanocones，每个大约 600 纳米高。

“Nanocone 结构显示了有前途的光捕获能力在一系列广泛的波长，崔解释。”每个锥是最佳状捕捉阳光，否则会穿过薄薄的太阳能电池。”

在实验中，崔和他的同事在钒酸铋薄膜沉积 nanocone 阵列。这两个图层然后被放置在由钙钛矿型，另一种有前途的光伏材料的太阳能电池。

当淹没，三层串联设备立即开始分裂水在太阳能氢转换效率的 6.2%，已经匹配铋钒电池的理论最大速率。

“串联太阳能电池为 10 多个小时，稳定性好，指示生成氢说:”崔，材料和能源科学斯坦福研究所的首席研究员。”虽然我们表现出的效率只有 6.2%，我们串联设备有重大改进将来的余地”。

可充电电池

在另一项研究发表在自然通讯第 6 版，崔和 Shougo 东，到访的科学家从丰田中央研发实验室公司 D，提出了一个新的电池设计，可以帮助解决网格规模的储能。

“太阳能和风力发电场应该能够提供不间断的能源电网，即使没有阳光或风，”崔说。”这将需要廉价的电池和其他低成本技术足够大，可以将剩余的清洁能源，用于存储在需求”。

在研究中，崔、 东和他们的同事与电极制成锌和镍、 廉价金属与潜在的网格规模存储设计一种新型的电池。

各种金属锌电池可用商业，但很少有充电，因为细小的纤维，在充电过程中锌电极上被称为树突的形成。论文树突可以增长，直到他们最后到达镍电极，造成电池短路和失败。

研究团队通过简单地重新设计电池解决了枝晶问题。而不是锌和镍电极面对另一个人，与常规电池一样，研究人员把他们分开与塑料绝缘子和包裹的锌电极边缘的碳绝缘子。

“与我们的设计，锌离子减少，沉积在暴露背表面的锌电极在收费，”说东，领导该研究的作者。”因此，即使锌枝晶形态，他们会从镍电极和不会短的电池。”

为了演示稳定性，研究人员成功地充、 放电电池 800 倍又不会缩短。

“我们的设计是非常简单和可适用于各种金属电池，”崔说。