(资料图片)

氢将在减少我们对化石燃料的依赖方面发挥关键作用。它可以通过使用太阳能来分解水分子来可持续地生产。由此产生的清洁能源可以存储，用于为汽车提供燃料或按需转换为电力。但是，以可承受的成本大规模可靠地制造它对研究人员来说是一个挑战。高效的太阳能氢生产需要稀有且昂贵的材料 - 用于太阳能电池和催化剂 - 以便收集能量然后将其转化。

美国洛桑联邦理工学院可再生能源科学与工程实验室(LRESE)的科学家提出了集中太阳辐射的想法，以较低的成本在特定区域产生更多的氢。他们开发了一种增强的光电化学系统，当与集中的太阳辐射和智能热管理结合使用时，可以将太阳能转化为氢气，转换率为17%，并具有前所未有的功率和电流密度。更重要的是，他们的技术是稳定的，可以处理日常太阳辐射的随机动态。

他们的研究结果刚刚发表在Nature Energy上。“在我们的设备中，一层薄薄的水流过太阳能电池以冷却它。系统温度保持相对较低，使太阳能电池能够提供更好的性能，”该研究的共同作者Saurabh Tembhurne说。“同时，由水提取的热量转移到催化剂，从而改善化学反应并提高氢气产生率，”LRESE的研究员Fredy Nandjou补充道。因此，在转化过程的每个步骤中优化氢气产生。

科学家们使用LRESE独特的太阳模拟器来展示其设备的稳定性能。实验室规模演示的结果非常有希望，该设备已经升级，现在正在洛桑联邦理工学院的洛桑校园进行户外测试。研究小组安装了一个7米直径的抛物面镜，将太阳辐射集中了1000倍并驱动该装置。第一次测试正在进行中。

科学家估计，他们的系统可以运行超过30,000小时 - 或接近四年 - 没有任何部件更换，如果某些部件每四年更换一次，则可长达20年。他们的太阳能聚光器转向并跟随太阳穿过天空，以最大化其产量。LRESE负责人兼项目负责人Sophia Haussener解释说：“在晴朗的天气里，我们的系统每天可以产生高达1千克的氢气，这足以让氢动力汽车行驶100到150公里。 “

对于分布式大规模制氢，可以将几个浓缩器系统一起用于在化工厂或氢站中产生氢气。Tembhurne和Haussener正计划将一项名为SoHHytec的衍生公司从实验室转移到工业界。

开源软件

由于具有开放式接口，因此可以监控系统的瞬时性能。

作为他们研究的一部分，科学家们还进行了一项技术和经济可行性研究，并开发了一个名为SPECDO(Solar PhotoElectroChemical Device Optimization，http： //specdo.epfl.ch )的开源软件程序。该程序可以帮助工程师设计用于生产太阳能氢的低成本光电化学系统的组件。此外，他们还提供了一个名为SPECDC(太阳能光电化学设备比较)的动态基准测试工具，用于比较和评估所有光电化学系统演示。