太阳能水分解制氢——最佳实践

太阳能水分解制氢——最佳实践

NREL,伯克利实验室提供理想的方法来提供比较测量的信心

来自美国能源部国家可再生能源实验室 (NREL) 和劳伦斯伯克利国家实验室 (Berkeley Lab) 的科学家们正在为研究人员提供指导,帮助他们了解如何最好地测量直接从太阳能生产氢气的效率。

光电化学 (PEC) 水分解技术依靠阳光将水分解成其组成元素——氧和氢——可能是最可持续的清洁能源途径之一。然而,由于缺乏标准化方法,不同实验室对 PEC 过程在相同系统上的效率的测量可能存在很大差异。新开发的最佳实践指南发表在能源研究前沿,旨在为比较不同地点和不同群体获得的结果提供信心。

随着研究人员不断改进技术,该出版物为 PEC 社区提供了路线图。两个实验室都使用相同的测试硬件、PEC 光电极和测量程序通过循环测试验证了这些最佳实践。对光伏的研究已经允许对电池效率进行认证,但 PEC 水分解效率测量还没有被广泛接受的协议。

NREL 高级科学家、新期刊文章“最佳实践PEC:如何可靠地测量光电阴极的太阳能制氢效率。” “能源部不久前就认识到了这一点,因此我们已经做出了很多努力来建立我们参与的标准——多实验室的合作努力以及 NREL 特定的努力。”

NREL 的其他作者是 Keenan Wyatt、Myles Steiner 和 James Young。

“这篇协议论文的动机既是为刚刚进入该领域的研究人员提供指南,也是为更有经验的科学家描述微妙的技术技巧,”伯克利实验室的材料科学家和共同作者 Francesca Toma 说。期刊文章。 “我们利用了两个国家实验室的独特优势,它们共同跨越了基础到应用科学领域。”

伯克利实验室的其他合著者是 Olivia Alley、Guiji Liu、Tobias Kistler、David Larson 和 Jason Cooper。

这篇文章阐明了路径,以便所有实验室都可以遵循统一的实验实践,从制造光电极所需的材料开始。作者继续详细介绍了制造过程、实验设置和测量太阳能到氢气 (STH) 效率的过程。研究人员指出,为了准确表征 STH 效率,需要直接测量 PEC 水分解产生的氢气量。

PEC 水分解于 1972 年首次在科学出版物中被提及。从那时起,研究一直在不断完善和改进该过程,但到目前为止,还没有建立标准化的 STH 测量程序。 NREL 在 1998 年创下 STH 效率超过 10% (12.4% STH) 的首个记录,但在 2016 年,在意识到原始实验被过度阐释后,在一份描述了避免进行效率测量的常见陷阱的出版物中将该数字下调了. 2017 年,该团队使用带隙工程设计了更优化的光吸收器,以利用太阳光谱,从而实现了 16.2% 的更高 STH,创造了当时的新世界纪录。

美国能源部的氢和燃料电池技术办公室已将 25% 作为通过 PEC 水分解的 STH 的最终目标,尽管初步成本分析表明,可以以较低的效率实现具有竞争力成本的氢。光电极已证明效率从 10% 到 20%。

PEC 研究人员还继续致力于改进耐用性。用于捕获阳光的半导体浸入水性(水基)电解质中。但是电解液的 pH 值从酸性到碱性不等,电解液会腐蚀半导体并缩短其使用寿命。

“耐用性仍然是这项技术的一大亮点,”多伊奇说。 “取得了一些进展,但不如最近在提高效率方面取得的进展。”

Deutsch 与人合着了一篇关于“光电化学水分解的长期稳定性指标”的新论文,该论文将同时实现高效和稳定的无辅助PEC水分解描述为清洁和可再生燃料发电。该论文为进行长期稳定性实验提供了一个框架,希望实现超高稳定性(持续超过 10,000 小时)和超过 15% 的效率。

作为美国能源部能源效率和可再生能源办公室氢和燃料电池技术办公室下属能源材料网络的一部分,Hydrogen 先进水分解材料联盟为这项研究提供了资金。

NREL 是美国能源部用于可再生能源和能源效率研发的主要国家实验室。 NREL 由可持续能源联盟有限责任公司为能源部运营。

文章由国家可再生能源实验室提供。

来源: CleanTechnica </a

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