新潟大學與AIST實現世界最高水準之太陽能-氫氣轉換效率

 

刊登日期:2022/8/1
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日本新潟大學發表與產業技術總合研究所(AIST)利用太陽能電池與高效率水電解槽,開發了一項透過太陽能分解水之綠氫製造系統,且經過實證,太陽能-氫氣轉換效率為13.9%,並可穩定生產氫氣一個月。
 
在以太陽能電力進行水電解製氫之際,太陽能-氫氣轉換效率(Solar-to-Hydrogen Efficiency;STH)非常重要。STH(%)係由太陽電池的太陽能-電能轉換效率(Solar-to-Electricity Efficiency;STE)x水電解槽的電能-氫氣轉換效率(Electricity-to-Hydrogen Efficiency;ETH)x太陽電池與水電解槽的最大輸出比(Matching Factor;MF)x100計算所得,因此為了提高STH,對於STE、ETH、MF須個別予以最佳化。
 
在此次研究中,已確認含有鐵、鎳及鎢的混合金屬氧化物(FeNiWOx)可做為高活性且穩定之析氧觸媒(一種促進水氧化生成氧氣的反應物質)發揮機能性。因此研究團隊將FeNiWOx電極做為析氧陽極(在水電解中水將氧化以產生氧氣的電極),並與白金製氫陰極(將水還原以產生氫氣的電極)相結合後製作出電池。
 
利用此電池進行水電解之後,以240 mV的過電壓達到了水電解,且過電壓低於一般水電解槽的過電壓(約315mV)。由於過電壓低,因此即使是雙接合型砷化鎵(GaAs)太陽電池的電動勢(Electromotive Force)亦可將水分解。雖然GaAs太陽電池具有穩定且高STE的特性,但由於電動勢不足而無法利用於既有的水電解槽。
 
研究團隊利用水電解槽與雙接合型GaAs太陽電池在偽太陽光(1 sun)照射下進行太陽能水分解。實驗結果顯示,可達到1個月穩定且STH為13.9%(最新STH為6.1~16%)的水解製氫。根據新潟大學的發表指出,此項STH成果為世界最高水準,且ETH為85%,MF則達99%,高效率表現促成STH的提升。此項研究成果將可望促進綠氫製造系統的社會實用化,今後研究團隊將進一步推動水電解槽與太陽電池的改良,期達到STH 25%以上之目標。

資料來源: https://www.niigata-u.ac.jp/wp-content/uploads/2022/07/220701rs.pdf
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