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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(xué)報　　點(diǎn)擊量：評論 (0)

現(xiàn)代太陽能電池可利用光能產(chǎn)生電子和電洞，然后由半導(dǎo)體材料傳輸?shù)酵獠侩娐罚┤藗兪褂?。但很少有人關(guān)注另一種由光能驅(qū)動的發(fā)電形式，即通過分解水分子得到帶相反電荷的質(zhì)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(chǎn)生電子和電洞，然后由半導(dǎo)體材料傳輸?shù)酵獠侩娐?，供人們使用。但很少有人關(guān)注另一種由光能驅(qū)動的發(fā)電形式，即通過分解水分子得到帶相反電荷的質(zhì)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(shè)計，它在發(fā)電和咸水淡化方面具有很好的應(yīng)用前景。

該研究高級作者、加州大學(xué)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(jié)太陽能電池”，能利用光能激發(fā)水的半導(dǎo)體特性，從而產(chǎn)生離子電。他們希望利用該機(jī)理制造一種可以直接在陽光照射下進(jìn)行海水淡化的設(shè)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(yùn)輸正電荷離子的質(zhì)子，另一種主要運(yùn)輸負(fù)電荷離子，如氫氧化物，它們就像一對“化學(xué)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(jī)染料分子結(jié)合在膜上，繼而解放質(zhì)子。隨后這些質(zhì)子被運(yùn)輸?shù)侥さ乃嵝詡?cè)，產(chǎn)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(dá)到的電流水平仍是其目前的主要限制。若要實(shí)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(shí)現(xiàn)此目標(biāo)十分樂觀。“了解水的特性，我們就能更好地設(shè)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(yuǎn)來看，海水淡化只是研究人員開發(fā)的合成光驅(qū)動質(zhì)子泵的應(yīng)用之一。它也可能用于連接電子設(shè)備，為腦機(jī)接口提供信號，甚至能給一些結(jié)合了活體組織和人工回路的“人造細(xì)胞”提供能量。

責(zé)任編輯：lixin

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