懸浮式太陽能燃料電池海水電解裝置

據外國媒體報道：哥ge倫lun比bi亞ya工gong程cheng學xue院yuan化hua學xue工gong程cheng係xi開kai發fa出chu了le浮fu式shi太tai陽yang能neng電dian解jie海hai水shui製zhi氫qing裝zhuang置zhi。該gai設she計ji是shi第di一yi個ge實shi用yong的de浮fu動dong太tai陽yang能neng製zhi氫qing裝zhuang置zhi
，在zai沒mei有you泵beng或huo膜mo的de情qing況kuang下xia進jin行xing水shui電dian解jie，未wei來lai可ke能neng可ke以yi持chi續xu的de低di成cheng本ben製zhi氫qing。

哥倫比亞工程學院化學工程助理教授丹尼爾·埃斯波西托（Daniel Esposito）一直在研究將水分解成氧氣（O₂）和氫氣（H₂）將太陽能光伏發電（PV）轉zhuan化hua為wei可ke儲chu存cun的de氫qing燃ran料liao。氫qing是shi一yi種zhong清qing潔jie的de燃ran料liao
，目mu前qian用yong於yu在zai美mei國guo宇yu航hang局ju太tai空kong計ji劃hua中zhong推tui進jin火huo箭jian，並bing被bei廣guang泛fan認ren為wei將jiang會hui在zai可ke持chi續xu能neng源yuan未wei來lai發fa揮hui重zhong要yao作zuo用yong。當dang今jin絕jue大da多duo數shu的de氫qing氣qi是shi通tong過guo一yi種zhong稱cheng為wei蒸zheng汽qi甲jia烷wan重zhong整zheng的de方fang法fa從cong天tian然ran氣qi中zhong生sheng產chan出chu來lai的de，該gai方fang法fa在zai製zhi造zao氫qing氣qi的de同tong時shi釋shi放fang二er氧yang化hua碳tan，會hui造zao成cheng一yi定ding的de汙wu染ran。利li用yong太tai陽yang能neng光guang伏fu發fa電dian的de水shui電dian解jie提ti供gong了le一yi條tiao無wu汙wu染ran的de產chan氫qing新xin途tu徑jing。

埃ai斯si波bo西xi托tuo的de團tuan隊dui現xian在zai已yi經jing開kai發fa出chu一yi種zhong新xin型xing的de光guang伏fu電dian解jie設she備bei，該gai設she備bei可ke以yi作zuo為wei一yi個ge獨du立li的de漂piao浮fu平ping台tai在zai海hai上shang運yun行xing。該gai浮fu動dong式shi光guang伏fu電dian解jie槽cao可ke以yi被bei看kan作zuo是shi一yi種zhong“太陽能燃料鑽井平台”，它與深海石油鑽井平台有一些相似之處，不同之處在於它可以從陽光和水中產生氫燃料
，而不是從海底采集石油。

yanjiurenyuandezhuyaochuangxinshifenlishuidianjiechanshengdeqingqiheyangqidefangfa。muqianxianjindedianjiecaoshiyongangguidemolaishizheliangzhongqitifenli。gelunbiyagongchengxueyuanshiyongyizhongxindedianjijiegoulaidaitigaimo，keyiliyongshuizhongqipaodefulifenliheshoujiqiti。gaishejinenggouyijigaodechundugaoxiaozhiqing，bingqiebuxuyaobenglaizhudongshusongdianjieye。jiyufulifenlidegainian，jiandandedianjiecaojiegouchanshengchundugaoda99％的氫氣。

下圖為被動無膜電解的示意性側視圖。兩個網狀電極保持在一個窄的分離距離（L）
，同時產生H2和O2氣(qi)體(ti)。關(guan)鍵(jian)的(de)創(chuang)新(xin)是(shi)催(cui)化(hua)劑(ji)在(zai)網(wang)的(de)外(wai)表(biao)麵(mian)上(shang)的(de)不(bu)對(dui)稱(cheng)放(fang)置(zhi)

，使(shi)得(de)氣(qi)泡(pao)的(de)產(chan)生(sheng)被(bei)限(xian)製(zhi)在(zai)該(gai)區(qu)域(yu)。當(dang)氣(qi)泡(pao)分(fen)離(li)時(shi)，它(ta)們(men)的(de)浮(fu)力(li)使(shi)它(ta)們(men)向(xiang)上(shang)浮(fu)動(dong)到(dao)分(fen)離(li)的(de)收(shou)集(ji)室(shi)中(zhong)。

該團隊在哥倫比亞無塵室將鉑電催化劑沉積到網狀電極和3D打印機上
，以製造反應器組件。他們還使用高速攝像機監測電極間氫氣和氧氣氣泡的傳輸，這一過程稱為“交叉”。電極之間的交叉是不理想的，因為它會降低產品純度，導致安全問題
，需要下遊分離單元這使得這個過程更加昂貴。

為wei了le監jian測ce氫qing氣qi和he氧yang氣qi的de交jiao叉cha事shi件jian，研yan究jiu人ren員yuan在zai所suo有you的de電dian解jie裝zhuang置zhi中zhong都dou安an裝zhuang了le窗chuang口kou，這zhe樣yang他ta們men就jiu可ke以yi在zai裝zhuang置zhi運yun行xing過guo程cheng中zhong，從cong電dian極ji上shang取qu得de高gao速su的de氣qi泡pao演yan變bian視shi頻pin。這zhe些xie視shi頻pin通tong常chang以yi每mei秒miao500幀的速度拍攝（典型的iPhone以每秒30幀的速度拍攝視頻）。

本研究成果以Floating Membraneless PV-Electrolyzer Based on Buoyancy-Driven Product Separation為題發表在了國際氫能雜誌上。作者包括Jonathan Davis，Ji Qi
，Xinran Fan，Justin Bui和Daniel V. Esposito

，他們都屬於哥倫比亞大學工程係的化學工程係。

該研究由哥倫比亞大學啟動資金資助。