綠能氫進展加速 聚光式太陽能製氫轉換效率達 17%

繼 2019 年 2 月研發出高轉換效率聚光型太陽能板,現在洛桑聯邦理工學院(EPFL)團隊又帶來全新的聚光設備,他們結合聚光設備與光電化學製氫,成功將太陽能轉換成氫氣,不僅轉換效率高達 17%,使用壽命更可長達 4 年以上。
高通率太陽模擬設備。
高通率太陽模擬設備。
目前許多科學家正為了降低氫能技術對化石燃料的依賴,致力研發各式綠色製氫技術,但像是光催化、光電化學等太陽能製氫技術都需要昂貴的催化劑與太陽能電池,距離商業化還有一大段距離。

有鑑於此,EPFL 再生能源科學與工程實驗室(LRESE)已研製全新聚光型設備,希望能透過聚焦太陽輻射與智慧熱管理系統來加強光電化學製氫效率,進一步降低成本與提高氫產量。

新設備的亮點在於:太陽能聚光設備與三五族(III-V)半導體太陽能電池,其中聚光系統可將照射量(irradiation)提高 474 kW/m,且由於聚光系統能縮小陽光照射區域、濃縮太陽輻射,降低太陽能電池尺寸與用量之餘,也能提高轉換效率。

人們也不用擔心過高的溫度會降低太陽能電池效率,設備還有搭配熱管理系統,論文共同作者 Saurabh Tembhurne 表示,團隊在設備中有建造水流系統,用來冷卻太陽能電池溫度,除此之外多餘熱量也會轉移至加熱催化劑,有效提高化學反應與製氫效率。

根據團隊在 Nature Energy 發表的論文,由於該設備可以在高性能下使用最少的昂貴材料,若可保有一定的轉換效率,那麼新型設備的經濟效益將相當高。

團隊首先以實驗室獨特的太陽模擬器來進行實驗並測試其性能,實驗有所成之後並再加以改良,目前團隊已將設備帶離實驗室,正進行初步測試。研究團隊打造出直徑長達 7 公尺的拋物面鏡,可以將陽光聚焦 1,000 倍,且該設備還是追日系統,可隨著隨著日照軌跡改變角度,提高氫氣生成量。

該團隊表示,新型太陽能設備可將17%的太陽光轉換成氫氣,跟過去光電化學反應最高紀錄相同。項目負責人 Sophia Haussener 表示,新設備在晴朗天氣時可生產 1000 克的氫氣,足以讓氫燃料車行駛 100-150 公里。LRESE 團隊預估,新型系統在不更換部分零件的情況下,可運作超過3萬小時,也就是說其壽命最低為4年,若將損壞零件汰換,壽命則可超過 20 年。

團隊認為,目前設備的電流密度表現佳,輸出功率也高達 27W,團隊已成功加速光電化學製氫的商業化進展◆

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