這項研究發表在《焦耳》雜志上，由Grand Technion能源計劃的博士生Avigail Landman和材料科學與工程學院的研究生Rawan Halabi共同領導。這項研究是在化學工程學院的Gideon Grader教授、材料科學與工程學院的Avner Rothschild教授、葡萄牙波爾圖大學的Adelio Mendes教授和Paula Dias博士的共同指導下進行的。
這個創新系統包含一個串聯太陽能電池裝置，使其更有效地利用光譜。一些太陽輻射被上層吸收，上層是由半透明的氧化鐵構成的。沒有被這一層吸收的輻射通過它，隨后被光伏電池吸收。這兩層系統一起提供分解水所需的能量。
從理論到應用
該創新系統是Technion研究團隊在2017年3月發表于《自然材料》雜志上的一篇文章中所提出的理論突破的延續。在那篇文章中，研究人員介紹了氫氣生產的一個典型轉變：不再是一個生產單元，水被分解成氫和氧，研究人員開發了一個系統，氫和氧在兩個完全不同的單元中形成。這一進展之所以重要，部分原因在于氧和氫的混合物會產生爆炸的風險。研究人員證明了在實驗室系統中使用傳統電源的可行性。
現在，在《焦耳》發表的最新研究中，研究人員展示了該理論在應用開發中的實現——一個光電化學原型系統，它僅利用陽光在兩個獨立的電池單元中產生氫和氧。作為實驗的一部分，進行了大約80個工作小時(10天，每天約8小時)，證明了該系統在自然光照下的效率。
背景
在我們生活的許多領域，氫是一種非常受歡迎的材料。今天產生的大部分氫被用來制造氨，用于生產對現代農業至關重要的化肥。此外，氫是主要的替代燃料來源之一，特別是在交通領域。在運輸方面，與礦物燃料相比氫有以下幾個優點：
它可以使用太陽能等綠色能源從水中產生，從而減少對礦物燃料的依賴；氫可以儲存可再生能源，例如太陽能和風能，這些能源并非全天都可用；與排放大量空氣污染的柴油和汽油發動機不同，氫發動機的唯一副產物是水。
今天，世界上大部分的氫是由天然氣生產的。但是，隨著這個過程而來的是二氧化碳的排放，其對環境的破壞是眾所周知的。另一種生產方法是電解水(H2O)得到氫(H2)和氧(O2)。雖然電解過程早在200多年前就被發現了，但至今尚未開發出突破性的電解技術。近年來，隨著向替代能源轉變的重要性與日俱增，電解過程的改進正變得越來越重要。
在這樣的背景下，光電化學過程得以發展，它利用陽光輻射直接分解水。盡管如此，也存在各種各樣的技術挑戰。例如，使用傳統的電解方法生產氫——在同一生產單元中將水分解成氫和氧——存在風險，因為氫和氧的接觸會導致爆炸。此外，在大規模的太陽能領域，在這種配置下很難產生氫氣。因此，《焦耳》中介紹了當前技術突破的重要性。
研究人員希望學術界和產業界能夠繼續推進這一系統，并最終實現其商業化。
這項研究得到了南茜和斯蒂芬·格蘭德西尼昂能源項目(GTEP)的支持，資金來自美國捐助者埃德·薩特爾、阿德利斯基金會、能源部和歐洲委員會(ERC的兩筆贈款)以及國家科學基金會帕特卓越中心。
