太阳能光解水制氢具备条件简析

丙醇的心脏

把太阳能先转化为电能，通过电化学过程可实现光电分解水制取氢气的目的。随着光伏电池效率的提高和成本的降低以及电解槽技术的成熟，利用太阳能转化的电能进行电解水制氢将成为氢能源开发的重要途径之一。

目前，太阳能制氢技术主要有：太阳能电解水制氢，太阳能热化学制氢，太阳能光化学制氢，太阳能光解水制氢，太阳能热解水制氢和光合作用制氢。

将太阳能转化为电能，再通过电解水制氢。除目前已经进入实用化阶段的太阳能光伏电池和太阳能热发电以外，值得注意的可见光敏化TiO2纳米晶光伏电池。据称，这种新型电他的光电转换效率可达12％，且价格比硅太阳能电池便宜。最 近，他们又对电池的结构和性能进行了改进，采用一种无定形有机空穴导电材料作为固体电解质，光电转换 效率可进一步提高。如果电解水也能采用这种材料作为固体电解质，则有可能发展成一种全新的光电化学池 分解水复合装置，从功能上对光合作用中的分解水过程进行模拟。

在太阳辐射中红外光占50％，通过热催化转化把这部分太阳能利用起来，作为光解水制氢的辅助储能手段，可以提高太阳能全谱的能量转换效率，具体方法是利用吸热反应吸收太阳的热能，再通过放热反应使热量释放出来，以达到太阳能热化学储存的目的。俄罗斯和澳大利亚学者在这方面已做了大量工作，并建有模拟装置。可以用于太阳能热化学储存的催化反应有甲烷蒸汽重整（吸热）和甲烷化（放热）、氨分解（吸热）和合成氨（放热）等。

太阳能电解水制氢系统采用光电池、电解电极和电解池构成，制氢的方法分两步：第一步是通过太阳电池将太阳能转换成电能，第二步是将电能转化成氢，构成所谓的太阳能光伏制氢系统。由于太阳能-氢的转换效率较低，在经济上太阳能电解水制氢至今仍难以与传统电解水制氢竞争。在太阳能电解水制氢的装置中，多采用硅电极，用磷渗渍成负极，硼渗渍成正极。或采用氧化铁作电极，用镁渗渍及硅渗渍分别形成正负极。当阳光照射在光伏转换装置上时，便会产生氢和氧。但是光-氢转换效率低。

太阳能热化学制氢技术较成熟、产量大、成本低，但是需要复杂的机电设备、强电辅助、高温条件和耐高温材料，常规耗能高，效率较低且伴有环境污染。

太阳能光化学制氢利用乙醇、光敏剂和催化剂实现光化学分解实现，目前还不够成熟，光-氢转换效率还很低。

太阳能热解水制氢需要2000℃以上的超高温，装置结构复杂、造价昂贵，光-氢转换效率很低，制氢技术不够实用。

利用光合作用制氢技术还处于探索阶段，微生物产氮化酶、氢化酶效率低，氮化酶、氢化酶的热稳定性不好、寿命太短，因而还有待进一步研究。

太阳能光解水制氢采用半导体光敏催化剂分解水制氢，由于缺乏可见光敏和宽谱线光敏催化剂，光-氢转换效率还比较低。近几年太阳能光解水制氢技术的迅猛发展和巨大突破，有可能在未来二三十年内逐步走向实用化，使太阳能光解水制氢产业化成为现实。

太阳能光解水制氢的主要途径有光电化学法、均相光助络合法和半导体光催化法。其中，以半导体光催化法最经济、清洁、实用，因而最富有前途。

半导体光催化太阳能电解水制氢技术是将太阳能电解水制氢技术与半导体光催化太阳能光解水制氢技术相结合的一种复合光电分解水制氢技术。该技术具有光氢转换效率高、节省常规能源、保护环境和便于氢氧分离等优点，一旦发展成熟并投入使用将带来显著的经济效益、环境效益和社会效益，并可能带给人类使用能源的革命性变革。

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太阳能制氢技术主要有：太阳能电解水制氢，太阳能热化学制氢，太阳能光化学制氢，太阳能光解水制氢，太阳能热解水制氢和光合作用制氢。