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離子太陽能電池助力海水淡化

2017-11-28 10:40:21 中國科學報　　點擊量：評論 (0)

現(xiàn)代太陽能電池可利用光能產生電子和電洞，然后由半導體材料傳輸?shù)酵獠侩娐罚┤藗兪褂谩５苌儆腥岁P注另一種由光能驅動的發(fā)電形式，即通過分解水分子得到帶相反電荷的質子和氫氧化物。近日，美國研究人員在《

現(xiàn)代太陽能電池可利用光能產生電子和電洞，然后由半導體材料傳輸?shù)酵獠侩娐?，供人們使用。但很少有人關注另一種由光能驅動的發(fā)電形式，即通過分解水分子得到帶相反電荷的質子和氫氧化物。近日，美國研究人員在《焦耳》雜志上報道了一種新設計，它在發(fā)電和咸水淡化方面具有很好的應用前景。

該研究高級作者、加州大學歐文分校助理教授Shane Ardo表示，他們制作了一種“離子模擬的電子P-N結太陽能電池”，能利用光能激發(fā)水的半導體特性，從而產生離子電。他們希望利用該機理制造一種可以直接在陽光照射下進行海水淡化的設備。

在新研究中，研究人員將水通過兩種離子交換膜，其中一種膜主要運輸正電荷離子的質子，另一種主要運輸負電荷離子，如氫氧化物，它們就像一對“化學門”使電荷分離。然后，研究人員再使用激光照射系統(tǒng)，使光敏的有機染料分子結合在膜上，繼而解放質子。隨后這些質子被運輸?shù)侥さ乃嵝詡?，產生最高可超過100 mV的離子電流(平均60 mV)。

盡管除了偶爾出現(xiàn)的超過100 mV閾值的情況，該雙膜系統(tǒng)可達到的電流水平仍是其目前的主要限制。若要實現(xiàn)海水淡化，光伏電壓必須被放大到200 mV，但是研究人員對實現(xiàn)此目標十分樂觀。“了解水的特性，我們就能更好地設計這些雙極膜界面，以最大限度地提高電壓和電流。”Ardo說。

從長遠來看，海水淡化只是研究人員開發(fā)的合成光驅動質子泵的應用之一。它也可能用于連接電子設備，為腦機接口提供信號，甚至能給一些結合了活體組織和人工回路的“人造細胞”提供能量。