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提高太陽能電力儲存效率，不只是加熱鐵銹？
 
美國斯坦福大學(xué)(Stanford Unviersity)的研究人員發(fā)現(xiàn)一種實現(xiàn)大規(guī)模 太陽能 電力儲存 的新方法。其方式是使用一般的 金屬氧化物 (例如 鐵銹 )，從而使 太陽能電池 能夠?qū)⑺纸獬蓺浜脱?。式是在白天利用太陽能電池分解水，以儲存能量供夜間使用。太陽能電池所擷取的光子可被轉(zhuǎn)換成提供能量的電子，從而進行水分解。在夜晚時重新結(jié)合氫氣與氧氣則可回收能量，并將電力分配傳回電網(wǎng)——無需燃燒石化燃料以及造成碳排放。

研究人員已知金屬氧化物具有太陽能電力位能。然而，金屬氧化物結(jié)構(gòu)的太陽能電池在將光子轉(zhuǎn)換為電子的光電轉(zhuǎn)換效率卻也不如硅基太陽能電池。

根據(jù)《能源與環(huán)境科學(xué)》(Energy and Environmental Science)期刊的最新研究報告指出，斯坦福大學(xué)的研究人員如今能夠讓金屬氧化物太陽能電池成為更有利于能量儲存的候選方案。研究小組的研究結(jié)果顯 示，當(dāng)金屬氧化物太陽能電池變得越熱時，將光子轉(zhuǎn)換化為電子的效率也更好。而硅基太陽能電池的情況剛好相反，當(dāng)溫度升高時，其效率降低。

“我們能夠證實價格低廉、豐富且易于處理的金屬氧化物可能成為更好的電力生產(chǎn)者，顛覆我們以往的印象，”斯坦福大學(xué)材料科學(xué)與工程系助理教授William Chueh表示。

“藉由結(jié)合熱和光，基于金屬氧化物結(jié)構(gòu)的水分解太陽能電池在儲存取之不竭的陽光能源方面明顯更具有效率，”Chueh表示。

截至目前為止，以水分解作為儲存太陽能量的方式明顯不切實際。原因之一在于成本效益。硅基太陽能電池(例如用于屋頂上的太陽能數(shù)組)則更適于將可見光與紫外線轉(zhuǎn)化為電力。但硅基太陽能電池卻耗費了承載熱量的紅外線以及使效率降低。

“標(biāo)準(zhǔn)電池僅利用一小部份的頻譜，其余的都因熱而耗散了，”Chueh表示。

在斯坦福大學(xué)最近進行這項研究以前，一般仍認(rèn)為金屬氧化物的溫度越高，其效率越低。而且，由于金屬氧化物被認(rèn)為效率較硅更低，使得人們一開始把它拿來當(dāng)作水分解技術(shù)的興趣缺缺。

在這項研究中，研究人員們測試了三種金屬氧化物——氧化鉍釩、氧化鈦和氧化鐵(通常被稱為鐵銹)。他們想看看這些氧化物在不同溫度下將光子轉(zhuǎn)換為電子以及將水分解為氫和氧的效率如何。

“在這三種情況下，我們觀察到在更高溫度下產(chǎn)生了更多的氫氣和氧氣，”在Chueh實驗室共同進行研究的斯坦福大學(xué)博士班研究生Liming Zhang表示，“我們發(fā)現(xiàn)溫度越高，更能提高這些電池的載子遷移率——以一種可讓電子通過金屬氧化物的速度移動?！?/span>

該研究論文的另一名作者Xiaofei Ye表示，“它所提升的效率十分顯著。根據(jù)我們的研究顯示，以陽光提高金屬氧化物的溫度，能夠使氫氣生產(chǎn)速率倍增?！?/span>
在所測試的三種氧化物中，氧化鉍釩的效率最高。但研究人員認(rèn)為，熱增強的效果可能適用于許多不同的金屬氧化物，因此，他們計劃測試更多以往被認(rèn)為不適用于太陽能電池節(jié)材料。

研究人員并發(fā)現(xiàn)，加熱金屬氧化物就能產(chǎn)生更多能量，意味著只需將簡單的工程技術(shù)應(yīng)用于加熱太陽能電池，即可提升其效率。

Chueh認(rèn)為，這項研究發(fā)現(xiàn)可望重新關(guān)注于開發(fā)金屬氧化物，使其作為具成本效益的替代方案，以取代硅基太陽能電池。相較于可能日以繼夜用于儲存能源的方案，研究人員認(rèn)為由水分解而產(chǎn)生的純氫氣還可能用于直接為汽車或其他機具供電，而且不會污染環(huán)境。

“我們可以儲存這些氣體，然后透過管線進行傳送；而且，當(dāng)我們?nèi)紵@些氣體時，也不會有任何的碳排放，”Chueh強調(diào)，“這是一種碳中和的能量循環(huán)?！?/span>

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