已开发出能够在高温下以化学方式储存紫外线能量的光电化学电池。

加热反应器

(图片来源：维也纳科技大学)

维也纳科技大学开发出能够在高温下以化学方式储存紫外线能量的光电化学电池。

大自然向我们展示了它的实现方式：植物可以吸收阳光，并以化学方式存储能源。然而，在工业规模模仿这个过程是很困难的。光伏发电将阳光转化为电能，但在高温下，太阳能电池效率会降低。电能可以被用来制备氢气，然后氢气可被储存，但该过程的能源效率是有限的。

维也纳科技大学的科学家们目前开发了一种新的概念：通过结合高度专业化的新材料，设法将高温光伏发电与电化学电池结合。紫外线可被直接用来使氧离子穿过固态氧化物电解质。紫外线能量以化学方式储存。在未来，这种方法也可被用来将水分解成氢气和氧气。

高温使用的特殊材料

作为维也纳科技大学的一名学生，Georg Brunauer开始思考结合光伏发电和电化学存储的可能性。这一体系的可行性主要取决于能否在高温下工作。“使我们能够用镜子聚集太阳光并高效地建立大型工厂，”Brunauer说。常见的光伏电池只能在100℃以内工作。在太阳能集中器工厂，会达到更高的温度。

在完成他的博士论文期间，Brunauer设法把他的想法付诸实践。成功的关键是材料的特殊选择。并非普通的硅基太阳能光电板，而是所谓的钙钛矿结构的特殊金属氧化物。通过结合多种不同的金属氧化物，Brunauer设法组装了结合光伏发电和电化学的电池。维也纳科技大学的研究合作伙伴们也为研究做出了贡献。Georg Brunauer是能源系统和热力学学院Karl Ponweiser教授研究小组的一员，Jürgen Fleig教授的研究小组(化学技术和分析)和原子和亚原子物理学院也加入进来。

创造高压和注入离子

 “我们的电池包含两个不同部分，上层的光电部分和下层的电化学部分，”Georg Brunauer说。“在上层，紫外线产生自由电荷载流子，类似标准的太阳能电池。”这一层中的电子被立即转移到下层的电化学电池。在那里，这些电子将氧转变为负电的氧离子，氧离子随后可以穿过电池中电化学部分的膜。

 “这是至关重要的光电化学步骤，我们希望它能够分解水来制备氢气，”Brunauer说。在第一步转变中，电池作为紫外线驱动的氧泵。在400℃产生高达920毫伏的开路电压。

该光电化学电池被发表在《Advanced Functional Materials》期刊，但项目的研究仍在继续。“我们想要通过进行更多的实验，理解这些效应的原理，希望能够进一步提升我们的材料，”Brunauer说。如果电能可以略微增加，电池能够把水分解成氢和氧。“这个目标是能够实现的，既然我们已经展示了这种电池能够工作，”Georg Brunauer说。这个概念不仅可用来制备氢气，也可以将二氧化碳转化为一氧化碳。以氢和一氧化碳形式存在的能量可用来合成燃料。

为了将它从大学实验室转移到工业原型，Georg Brunauer成立了NOVAPECC创业公司。他与维也纳科技大学一起申请了多项专利；Brunauer获得了大学研究和转移部门的支持，通过创业支撑项目INITS和奥地利研究促进机构(FFG)。

新材料在线编译整理——翻译：Grubby      校正：摩天轮