以色列设计电池分离PEC水分解系统 太阳能转化为氢气的效率达30%

SMM网讯:据报道,以色列的研究人员设计了一种分离电池光电化学(PEC)的水分解系统,该系统分离氢电池和氧电池,用于集中制氢,而氢气可用于氢燃料汽车等多个领域。

光伏发电水分解系统(PV-电解)结合了商业光伏发电和水电解技术,已经成功在多个试点工厂和氢燃料补给站进行演示。经报道,该系统的太阳能转化为氢气(STH)效率最高,达30%,由聚合物电解质膜(PEM)电解槽构成,该电解槽由一个磷化铟镓(InGaP)/砷hua镓(GaAs)/镓砷长波长(GaInNAsSb)三联太阳能电池提供动力,经过了48小时的测试。虽然效率高,但是设备复杂,成本高,使其无法应用于实际。而由传统硅光伏模块和碱性电解槽制成的PV电解系统的STH效率通常低于10%。

光电化学水分解技术的灵感来自于自然光合作用,结合收获的光和电化学电源转化成的化学能,存储在氢键中,氢键中的半导体光电极与水之间的固态/液态界面上,会同时发生两种反应,从而为太阳能转化和存储提供一个富有竞争力的解决方案。

目前的研究为之前的研究提供了补充,此前的研究中,在纯电解装置中提出并演示了电池分离的概念,展示了一台电池分离串联PEC-PV设备,以在氢电池和氧电池中进行分离电池光电化学水分解制氢,解决了设计、制造和优化用于评估大规模制氢设备时面临的挑战。

氧电池包括两个100平方厘米的、背靠背拼接的赤铁矿光电阳极,与硅微型PV模块串联放置,为驱动非辅助太阳能水分解技术提供必要的偏压。氢电池中含有阴极,它与氧电池在物理上是分离的。电池级氢氧化镍电极置于两个电池中,以调节阴极和阳极之间的离子交换。该原型系统还成功也在室外自然光照条件下进行了运行演示。

简而言之,该分离系统解决了大型PEC水分解技术面临的最大挑战之一:从太阳能场中分布的数百万个PEC电池中收集氢气。在新系统中,阳极和阴极之间的离子交换由镍(氧化)氢氧根辅助电极介导,从而使两个电池能够物理分离。氧电池包括连接到硅微型PV模块的赤铁矿光阳极PEC-PV串联堆栈,而氢电池是具有镀铂钛网阴极的电解电池。

该系统使用100平方厘米的赤铁矿(a-Fe2O3)光阳极和氢氧化镍(Ni(OH)2)/氢氧化物(NiOOH)电极作为氧化还原介质,此外,该系统组件及其配置的运行条件针对日常循环进行了优化,在短路电流平均为55.2 mA的情况下,在无附加偏置的太阳模拟光照下进行了10次,每次8.3小时的循环。研究人员表示,此类结果表明分离氢电池与氧电池的PEC水分解系统成功运行了。

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