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提高太阳能电力储存效率，不只是加热铁锈？
 
美国斯坦福大学(Stanford Unviersity)的研究人员发现一种实现大规模 太阳能 电力储存 的新方法。其方式是使用一般的 金属氧化物 (例如 铁锈 )，从而使 太阳能电池 能够将水分解成氢和氧。式是在白天利用太阳能电池分解水，以储存能量供夜间使用。太阳能电池所撷取的光子可被转换成提供能量的电子，从而进行水分解。在夜晚时重新结合氢气与氧气则可回收能量，并将电力分配传回电网——无需燃烧石化燃料以及造成碳排放。

研究人员已知金属氧化物具有太阳能电力位能。然而，金属氧化物结构的太阳能电池在将光子转换为电子的光电转换效率却也不如硅基太阳能电池。

根据《能源与环境科学》(Energy and Environmental Science)期刊的最新研究报告指出，斯坦福大学的研究人员如今能够让金属氧化物太阳能电池成为更有利于能量储存的候选方案。研究小组的研究结果显 示，当金属氧化物太阳能电池变得越热时，将光子转换化为电子的效率也更好。而硅基太阳能电池的情况刚好相反，当温度升高时，其效率降低。

“我们能够证实价格低廉、丰富且易于处理的金属氧化物可能成为更好的电力生产者，颠覆我们以往的印象，”斯坦福大学材料科学与工程系助理教授William Chueh表示。

“藉由结合热和光，基于金属氧化物结构的水分解太阳能电池在储存取之不竭的阳光能源方面明显更具有效率，”Chueh表示。

截至目前为止，以水分解作为储存太阳能量的方式明显不切实际。原因之一在于成本效益。硅基太阳能电池(例如用于屋顶上的太阳能数组)则更适于将可见光与紫外线转化为电力。但硅基太阳能电池却耗费了承载热量的红外线以及使效率降低。

“标准电池仅利用一小部份的频谱，其余的都因热而耗散了，”Chueh表示。

在斯坦福大学最近进行这项研究以前，一般仍认为金属氧化物的温度越高，其效率越低。而且，由于金属氧化物被认为效率较硅更低，使得人们一开始把它拿来当作水分解技术的兴趣缺缺。

在这项研究中，研究人员们测试了三种金属氧化物——氧化铋钒、氧化钛和氧化铁(通常被称为铁锈)。他们想看看这些氧化物在不同温度下将光子转换为电子以及将水分解为氢和氧的效率如何。

“在这三种情况下，我们观察到在更高温度下产生了更多的氢气和氧气，”在Chueh实验室共同进行研究的斯坦福大学博士班研究生Liming Zhang表示，“我们发现温度越高，更能提高这些电池的载子迁移率——以一种可让电子通过金属氧化物的速度移动。”

该研究论文的另一名作者Xiaofei Ye表示，“它所提升的效率十分显著。根据我们的研究显示，以阳光提高金属氧化物的温度，能够使氢气生产速率倍增。”
在所测试的三种氧化物中，氧化铋钒的效率最高。但研究人员认为，热增强的效果可能适用于许多不同的金属氧化物，因此，他们计划测试更多以往被认为不适用于太阳能电池节材料。

研究人员并发现，加热金属氧化物就能产生更多能量，意味着只需将简单的工程技术应用于加热太阳能电池，即可提升其效率。

Chueh认为，这项研究发现可望重新关注于开发金属氧化物，使其作为具成本效益的替代方案，以取代硅基太阳能电池。相较于可能日以继夜用于储存能源的方案，研究人员认为由水分解而产生的纯氢气还可能用于直接为汽车或其他机具供电，而且不会污染环境。

“我们可以储存这些气体，然后透过管线进行传送；而且，当我们燃烧这些气体时，也不会有任何的碳排放，”Chueh强调，“这是一种碳中和的能量循环。”

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