EPFL的Grätzel对太阳能，氢气和天然气发电的影响

洛桑联邦理工学院是太阳能研究的温床，本周的瑞士技术之旅吸引了CleanTechnica参加，其中包括两位专家-学校的光子学和接口实验室负责人Michael Graetzel教授，以及气体专家Kevin Sivula教授，负责光电纳米材料实验室的分子工程。是的，这些名称中的一个或两个都应该响起。

得益于Presence Switzerland和swissnex，CleanTechnica正在进行技术之旅。巡回演出包括在洛桑联邦理工学院（EPFL）停留，并有机会与Graetzel和Sivula进行交谈。

Michael Graetzel（或称Grätzel）是染料敏化太阳能电池的全球领先专家（毕竟，他发明了这种材料）。他的实验室在该主题上的工作早在2011年就超过了CleanTechnica的雷达，当时看来这项工作将导致“太阳能摩天大楼”和其他建筑物集成的太阳能应用以及消费产品。

果然，您可以在当今的许多商业应用中找到染料敏化太阳能电池，包括在瑞士安装的展示柜，透明的太阳能电池板构成了EPFL校园内新的SwissTech Convention Center的立面（如右图所示）。本文）。

在我们的EPFL会议上，Graetzel教授向我们介绍了有关染料敏化太阳能电池的许多关键点。对于那些不熟悉该主题的人，这些太阳能电池无需使用半导体即可产生电荷。秘密酱由染料纳米颗粒组成，染料纳米颗粒位于氧化钛纳米晶体的颗粒上。该过程模仿叶绿素，后者是自然光合作用的关键成分。

正如Graetzel所描述的那样，植物会非常迅速地利用它们产生的电荷，这就是为什么每次触摸植物都不会触电的原因。

如果您在家中有一些芙蓉茶或蓝莓以及其他一些设备，则实际上可以DIY Graetzel细胞。

尽管染料敏化太阳能电池不具有硅的太阳能转换效率，但它们的使用灵活性和多彩的美学吸引力使其成为建筑应用的理想选择。与硅太阳能电池不同，它们可以在垂直位置高效运行。

染料敏化太阳能电池还可以比硅更有效地收集室内光，正如Graetzel所展示的那样，他将手机的手电筒放在一块小的薄膜面板上，该面板立即打开了微型塑料风车（您可以看到叶片在另一个太阳能电池样品上旋转）。

对于钙钛矿型太阳能电池，Graetzel对当前技术的现状持残酷的诚实态度。

钙钛矿是指一类晶体材料，它们是低成本，易于制造的硅替代品。不幸的是，最有前途的平台-金属卤化物钙钛矿太阳能电池-使用铅，铅当然是有毒物质，因此替代品的竞争日趋激烈。

我们注意到研究人员发现锡基钙钛矿太阳能电池可能只是其中一种“杀煤”的替代方法，但Graetzel解释说它具有刺激性的自氧化趋势。

目前，Graetzel预计铅基钙钛矿太阳能电池可以在集中式太阳能系统中找到市场，在该系统中，密闭性，现场安全性和定期维护实际上可以消除污染的风险。但是，这些风险可能会阻止在分布式应用中使用铅基钙钛矿太阳能电池。

有关更多详细信息，请参阅《自然材料》中Graetzel的文章“钙钛矿太阳能电池的明暗”。

正如Graetzel所强调的那样，所有这些都导致解决可再生能源（尤其是太阳能）过多的双重问题，并需要集成足够的存储容量以使这些间歇形式更加有用。

他在EPFL的同事，前述的Kevin Sivula教授将新兴的依赖太阳能的网格模型描述为“能量缺口”，这是由简单的事实造成的，即太阳白天在白天达到峰值，而晚上通常在电力达到峰值。

对于今天的储能技术而言，这并不是特别困难的情况，因为仅需几个小时即可完成。但是，当您将季节性和纬度变化纳入组合时，您需要计划数月的储能需求。

这种动态是EPFL成为众多关注太阳能氢生产的A名单研究机构之一的原因之一，又名“太阳能精炼厂”可以生产氢-本质上是一种将太阳能存储在太阳能电池中的方法。简单的化学键。

正如西夫拉（Sivula）所描述的那样，这个想法是，除了使飞机上使用太阳能燃料作为燃料外，太阳能氢还将为塑料制造和当前依赖化石资源作为基础成分的许多其他经济部门提供一个稳定的太阳能存储平台。以及地面车辆。

在演讲后的聊天中，Sivula向CleanTechnica强调了基本的“太阳能氢”技术已经可以使用。当然，问题在于使它易于使用并且规模经济。

那是一个很大的挑战。Sivula提供了当今光伏科学的精髓，并使用常规的硅光伏技术为电解提供了每公斤氢气约10美元的成本，该反应将水分解为氧气和氢气。

如果那看起来有点贵，那就是。根据Sivula的说法，使用蒸汽重整从天然气生产的氢气的价格仅在1.00美元至2.00美元之间。（编者注：因此，这篇文章和这篇文章。）

这不是阻碍硅基光伏发电产生氢的唯一力量。根据Sivula（在Graetzel的支持下），尽管现在硅正尽职尽责，但与其他新兴的太阳能技术相比，制造硅太阳能电池是一个非常耗能的过程。Sivula进一步强调说，硅市场的增长率必须达到更大的向上倾斜，才能使太阳能氢填充化石燃料。

说到其他技术，Sivula预测了潜在的廉价形式的太阳能，该太阳能可用于通过光电化学（PEC）反应从水中产生氢，而不是来自太阳能电池的电能。

Sivula在某种程度上将PEC描述为一种更直接的“蛮力”太阳能应用，但它也为我们简要介绍了PEC的早期尝试，该尝试通常涉及单个半导体的使用。

一种新兴的解决方案是使用两种半导体，一种用于阳极，一种用于阴极，这并非巧合，类似于自然光合作用的两个系统的过程。但是，在最佳条件下，该操作的成本为每公斤氢气约10.40美元。

那是个坏消息。好消息是Sivula描述了另一条通往成功的道路。与Graetzel电池类似，此方法涉及使用由悬浮颗粒形成的纳米工程氧化铁“涂料”。涂抹后，悬浮液中的有机材料可以燃烧掉，而纳米颗粒则可以发挥作用。

有关（许多）更多的详细信息，请查看Sulvia的论文“用于直接光电光水分解的新兴半导体材料”，该论文将在今年10月于美国举行的第228届电化学学会上发表。

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蒂娜·凯西（Tina Casey）/ CleanTechnica的照片；通过solarify.eu获得太阳能氢原理图。