懸浮式太陽能燃料電池海水電解裝置

據外國媒體報道：gelunbiyagongchengxueyuanhuaxuegongchengxikaifachulefushitaiyangnengdianjiehaishuizhiqingzhuangzhi。gaishejishidiyigeshiyongdefudongtaiyangnengzhiqingzhuangzhi，zaimeiyoubenghuomodeqingkuangxiajinxingshuidianjie，weilaikenengkeyichixudedichengbenzhiqing。

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。

研yan究jiu人ren員yuan的de主zhu要yao創chuang新xin是shi分fen離li水shui電dian解jie產chan生sheng的de氫qing氣qi和he氧yang氣qi的de方fang法fa。目mu前qian先xian進jin的de電dian解jie槽cao使shi用yong昂ang貴gui的de膜mo來lai使shi這zhe兩liang種zhong氣qi體ti分fen離li。哥ge倫lun比bi亞ya工gong程cheng學xue院yuan使shi用yong一yi種zhong新xin的de電dian極ji結jie構gou來lai代dai替ti該gai膜mo，可ke以yi利li用yong水shui中zhong氣qi泡pao的de浮fu力li分fen離li和he收shou集ji氣qi體ti。該gai設she計ji能neng夠gou以yi極ji高gao的de純chun度du高gao效xiao製zhi氫qing
，並bing且qie不bu需xu要yao泵beng來lai主zhu動dong輸shu送song電dian解jie液ye。基ji於yu浮fu力li分fen離li的de概gai念nian，簡jian單dan的de電dian解jie槽cao結jie構gou產chan生sheng純chun度du高gao達da99％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。

weilejianceqingqiheyangqidejiaochashijian，yanjiurenyuanzaisuoyoudedianjiezhuangzhizhongdouanzhuanglechuangkou，zheyangtamenjiukeyizaizhuangzhiyunxingguochengzhong，congdianjishangqudegaosudeqipaoyanbianshipin。zhexieshipintongchangyimeimiao500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。