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太陽能光解水制氫具備條件簡析
發布時間：2016-08-04 瀏覽量：9713
太陽能光解水制氫具備條件簡析：把太陽能先轉化為電能，通過電化學過程可實現光電分解水制取氫氣的目的。隨著光伏電池效率的提高和成本的降低以及電解槽技術的成熟，利用太陽能轉化的電能進行電解水制氫將成為氫能源開發的重要途徑之一。
目前，太陽能制氫技術主要有：太陽能電解水制氫，太陽能熱化學制氫，太陽能光化學制氫，太陽能光解水制氫，太陽能熱解水制氫和光合作用制氫。
將太陽能轉化為電能，再通過電解水制氫。除目前已經進入實用化階段的太陽能光伏電池和太陽能熱發電以外，值得注意的可見光敏化TiO2納米晶光伏電池。據稱，這種新型電他的光電轉換效率可達12％，且價格比硅太陽能電池便宜。最 近，他們又對電池的結構和性能進行了改進，采用一種無定形有機空穴導電材料作為固體電解質，光電轉換 效率可進一步提高。如果電解水也能采用這種材料作為固體電解質，則有可能發展成一種全新的光電化學池 分解水復合裝置，從功能上對光合作用中的分解水過程進行模擬。
在太陽輻射中紅外光占50％，通過熱催化轉化把這部分太陽能利用起來，作為光解水制氫的輔助儲能手段，可以提高太陽能全譜的能量轉換效率，具體方法是利用吸熱反應吸收太陽的熱能，再通過放熱反應使熱量釋放出來，以達到太陽能熱化學儲存的目的。俄羅斯和澳大利亞學者在這方面已做了大量工作，并建有模擬裝置。可以用于太陽能熱化學儲存的催化反應有甲烷蒸汽重整（吸熱）和甲烷化（放熱）、氨分解（吸熱）和合成氨（放熱）等。
太陽能電解水制氫系統采用光電池、電解電極和電解池構成，制氫的方法分兩步：第一步是通過太陽電池將太陽能轉換成電能，第二步是將電能轉化成氫，構成所謂的太陽能光伏制氫系統。由于太陽能-氫的轉換效率較低，在經濟上太陽能電解水制氫至今仍難以與傳統電解水制氫競爭。在太陽能電解水制氫的裝置中，多采用硅電極，用磷滲漬成負極，硼滲漬成正極。或采用氧化鐵作電極，用鎂滲漬及硅滲漬分別形成正負極。當陽光照射在光伏轉換裝置上時，便會產生氫和氧。但是光-氫轉換效率低。
太陽能熱化學制氫技術較成熟、產量大、成本低，但是需要復雜的機電設備、強電輔助、高溫條件和耐高溫材料，常規耗能高，效率較低且伴有環境污染。
太陽能光化學制氫利用乙醇、光敏劑和催化劑實現光化學分解實現，目前還不夠成熟，光-氫轉換效率還很低。
太陽能熱解水制氫需要2000℃以上的超高溫，裝置結構復雜、造價昂貴，光-氫轉換效率很低，制氫技術不夠實用。
利用光合作用制氫技術還處于探索階段，微生物產氮化酶、氫化酶效率低，氮化酶、氫化酶的熱穩定性不好、壽命太短，因而還有待進一步研究。
太陽能光解水制氫采用半導體光敏催化劑分解水制氫，由于缺乏可見光敏和寬譜線光敏催化劑，光-氫轉換效率還比較低。近幾年太陽能光解水制氫技術的迅猛發展和巨大突破，有可能在未來二三十年內逐步走向實用化，使太陽能光解水制氫產業化成為現實。
太陽能光解水制氫的主要途徑有光電化學法、均相光助絡合法和半導體光催化法。其中，以半導體光催化法經濟、清潔、實用，因而富有前途。
半導體光催化太陽能電解水制氫技術是將太陽能電解水制氫技術與半導體光催化太陽能光解水制氫技術相結合的一種復合光電分解水制氫技術。該技術具有光氫轉換效率高、節省常規能源、保護環境和便于氫氧分離等優點，一旦發展成熟并投入使用將帶來顯著的經濟效益、環境效益和社會效益，并可能帶給人類使用能源的革命性變革。