登录注册
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
我要投稿
美国科学家丹尼尔·诺切拉(DanielNocera)日前在第241届美国化学学会的年会上宣布了其研究小组的最新进展——一种廉价高效的“人工树叶”。他在报告中说:“将一加仑水和人造树叶放置在阳光下,可以提供发展中国家一个家庭一天的基本用电。”这个发明引起了科学界乃至世界各国主流媒体的关注——它被认为是人类寻找替代能源的征程中一个里程碑式的发明,甚至有人认为这片小小的“树叶”可能将彻底解决未来的能源和与之相关的环境问题。
“人工树叶”简介
“人工树叶”是一种如扑克牌大小的片状材料,使用方法也非常简单:将它放在水中,暴露在太阳光下,即可将水有效地分解为氧气和氢气,这些气体再被输送到一个分离的燃料电池中储存并发出电力。
英国出版的ChemicalSocietyReviews(《化学学会评论》)杂志曾以封面形式报道了这一发现,图为该杂志当期封面图。
原理:电解水的过程
在说“人工树叶”之前,先让我们来了解一下自然界的树叶是怎么工作的。我们知道,植物是通过光合作用获取生长所需的能量的。这其中的原理非常复杂。简单地讲,树叶中有两套系统:光系统Ⅰ和光系统II。光系统Ⅰ负责吸收二氧化碳,生成植物生长需要的有机物。光系统II负责吸收太阳光,并将水分解为氧气,同时产生质子和电子。事实上,地球上95%的氧气来源于这一过程,而产生的电子和质子将会参与到与二氧化碳的反应中,从而生成淀粉及糖类有机物用于植物生长。当然,这中间还涉及许多复杂的生化反应过程,在这我们不再详细叙述。
与我们这一主题相关的是光系统II。在这一过程中,最关键、最复杂、也是最困难的过程就是将水分解为氧气。而在诺切拉教授的报告中提及的“人工树叶”,其核心正是模仿了树叶的这一过程——通过一种化学催化材料,将水在一定的电压下高效地电解为氧气,同时产生质子和电子;产生的质子与电子可以结合,生成氢气,提供一种清洁的能源。在这一过程中所需的电力,将由硅太阳能电池供给。
看了上面的介绍,也许有些人会有点失望,所谓“人工树叶”原来就是电解水啊,这不就是我们在高中化学时就学过的反应吗!简单讲,不就是用太阳能发电,再用电解水制氢气和氧气,然后再用氢气和氧气通过燃料电池来发电。
其实,诺切拉教授发明的核心就在于他们发现了高效廉价的电解水的电极催化材料,从而使得这一过程的经济性大大增加,让规模化应用成为可能。事实上,关于“人工树叶”的研究可以追溯到十多年前,但由于往往利用铂、钌等贵金属作为催化材料,而且寿命短暂,因此很难进一步进行规模化应用。而诺切拉的研究小组则采用相对廉价的钴、镍等金属化合物以及磷酸盐作为电极催化材料,不仅催化效率远高于传统材料,而且寿命更长、更稳定,使成本大大降低。
我们知道,现在太阳能电池已经得到了很大发展,但其最大的问题是缺乏持续性——只有白天或者光照条件好的情况下才可以发电,到了晚上或阴雨天,不仅无法产生电力,那些在白天产生的电力也不能储存。也就是说,如果不能即时使用,就会浪费掉。
而“人工树叶”则有效地解决了这个问题。白天,将太阳能电池产生的电力通过电解水转化为氢气和氧气,作为化学能储存起来;晚上或阴雨天,又可以随时通过燃料电池将储存的化学能转化为电能。
或许很多人会问,为什么我们要通过这么复杂的一种方式储存太阳能电池所发出的电力呢,我们有非常成熟的电池或其他方式啊!事实上也确实有人在这么做。但问题的关键在于“人造树叶”有其他方式无法比拟的优势。
首先,“人造树叶”的储能效率非常高。举个例子,电池的能量密度只能达到约0.1-0.5MJ/kg,超级电容器仅为约0.01MJ/kg,而氢气的能量密度却高达140MJ/kg。通俗点说,同样质量的氢气储存的能量是电池的1400倍,是超级电容器的14000倍。利用氢气化学储能的优势是多么明显啊!其次,在这一过程中,所消耗掉的仅仅是水,因此也被形象地称为“水燃料”。事实上,即使是这些水在随后的放电过程中也会被再生出来,因此这一过程所需的仅仅是太阳光照而已。讲到这里,我想读者应该了解了:“人工树叶”并非一种新的获取能源的方式,其核心是一种高效的储存能源的方法。
核心:高效的储能方法
未来:发展空间无限
在为这一发明兴奋的同时,我们还应该清醒地意识到,所谓的“人工树叶”其实还存在着较大的局限性。首先,“人工树叶”并未真正实现自然界早已运行上亿年的树叶的全部功能,它仅仅模仿了树叶中光系统II中的局部功能。其次,它的运行也要依赖太阳能电池和燃料电池来完成。再次,它还需要新型的廉价的压缩气体系统以储存所产生的氢气和氧气,然后用于发电。因此,要把这一发明真正规模化应用还有很长的路要走。
即便如此,我们仍然可以看到这一发明在未来发展的广阔前景。正如前面所讲,这一发明的核心在于将电能高效地以氢能的形式储存起来。因此,其电力的来源也将不会仅局限于太阳能电池,也可以是风能、地热能、核能,甚至化石燃料的化学能等。比如说,很多人参观风力发电厂时会奇怪为什么有些风机并不运转,这并不是因为我们有太多的电力了,而是因为电网无法承受这些多出来的电力。据报道,由于无处储存,仅在美国,去年一年就损失了25TWh的风机潜在电力。而这一发明无疑将为解决这个问题提供新的途径。
“人造树叶”还有很大的发展空间。也许在不远的将来,“人造树叶”也能兼具光系统Ⅰ的功能:通过合适的化学反应,让“人造树叶”吸收二氧化碳生成有机物。在如今地球已不堪重负的今天,将废弃有害的二氧化碳通过这种类似于光合作用的方式转化成对人类有用的有机物(如糖、醇类等),将是多么伟大的发明啊!
特别声明:北极星转载其他网站内容,出于传递更多信息而非盈利之目的,同时并不代表赞成其观点或证实其描述,内容仅供参考。版权归原作者所有,若有侵权,请联系我们删除。
凡来源注明北极星*网的内容为北极星原创,转载需获授权。
如何高效地提取并保存阳光中的清洁能源一直是人类社会的难题。模仿植物的光合作用把阳光转化成化学能源的技术早已被提出,通过阳光照射和催化剂的共同作用,科学家将水电离成氢气和氧气,这两种气体的混合物可燃、易储存、且无污染。但该步骤中所应用的催化剂却成本高昂,无法大规模应用。近日,美国阿
据英国《卫报》报道,美国麻省理工学院化工科学家丹尼尔诺切拉在制作人工树叶领域有了新突破,他带领的研究团队采用廉价的镍钼锌化合物替代传统昂贵材料,完成了人工光合作用。光合作用,这种能将阳光转化为能量的自然方式已存在了大约4亿年。科学家们始终想模仿制成人工树叶,作为未来的燃料电池,但
美国科学家丹尼尔·诺切拉(DanielNocera)日前在第241届美国化学学会的年会上宣布了其研究小组的最新进展——一种廉价高效的“人工树叶”。他在报告中说:“将一加仑水和人造树叶放置在阳光下,可以提供发展中国家一个家庭一天的基本用电。”这个发明引起了科学界乃至世界各国主流媒体的关注——它被认为是人类寻找替代能源的征程中一个里程碑式的发明,甚至有人认为这片小小的“树叶”可能将彻底解决未来的能源和与之相关的环境
为加速推进碳中和目标机电力市场化改革,日本政府可谓不遗余力。通过实施上网电价补贴和固定购电价格等政策,极大地激发了家庭和企业安装太阳能发电系统并配套储能设备的积极性。采用正泰电源产品的九州熊本光储一体化项目就是一个典型的高压并网自家消费应用案例。该项目采用正泰电源1.6MW/3.3MWh工商
近日,美国众议院提出了名为“一项伟大而美丽的法案(TheOne,Big,BeautifulBill)”,计划将住宅太阳能30%税收抵免政策到期日提前至2025年12月31日,这比原计划的终止日期提前了近十年。由共和党主导的众议院筹款委员会提议废除该法案第221页的第25D条款,这意味着住宅太阳能税收抵免政策将于今年底戛
5月14日,涡阳国有资本投资运营集团有限公司物资(光伏组件)供应商入围项目中标结果公布,中标企业为中节能太阳能科技(镇江)有限公司、亳州宏阳能源股份有限公司、山东润马光能科技有限公司、安徽国晟新能源科技有限公司。
5月13日,聆达股份收到公司副董事长兼首席执行官(CEO)林志煌先生的书面辞职报告,林志煌先生因个人原因申请辞去第六届董事会董事、副董事长、公司首席执行官(CEO)职务,同时辞去公司第六届董事会专门委员会相关职务,其原定任期届满日为第六届董事会届满之日(2026年5月21日),辞去上述职务后,林
日前,亿晶光电科技股份有限公司2025年第一季度报告公布。报告期内,企业营业收入608,160,615.73元,同比下降39.50%,主要系太阳能销售量及销售价格下降所致,归属于上市公司股东的净利润-53,142,725.22元。此外,公告显示,受光伏行业周期性波动及市场不确定性加强的影响,亿晶光电常州基地5GWPERC电
据路透社等多家海外媒体报道,美国众议院共和党人于本周一宣布了一份法案草案,该草案拟终止美国政府对可再生能源的补贴,并取消电动车购买的税收抵免优惠政策。该法案计划逐步取消针对低碳能源的税收抵免。虽然这些税收优惠原本被认为将特别有利于风能和太阳能,但实际上它们适用于任何符合特定排放标
澳大利亚能源市场运营商(简称AEMO)公布数据显示,2025年第一季度,澳南部各州电力批发价格大幅上涨。创纪录的电力需求叠加煤电停摆与水电短缺等多重因素,凸显出澳煤炭发电转型面临的挑战。AEMO指出,一季度全国平均电力批发价格同比上涨9%,但各州之间差异显著。其中,塔斯马尼亚州电价飙升67%;南
5月10日,由华北电力大学牵头,联合中国华电集团有限公司、新疆大学及哈萨克斯坦阿拉木图电力工程与通信大学共同发起的“中国—中亚能源电力创新联盟”(以下简称“联盟”)在华北电力大学举行签约仪式。这一联盟的成立将为中国与中亚国家能源电力领域的合作开启新篇章。华北电力大学党委书记汪庆华,
北极星售电网获悉,重庆电力交易中心发布4月发电装机及分类型总体情况,截止4月底,统调发电机组装机容量(含储能)2783.27万千瓦。4月,统调发电机组投产容量6.94万千瓦。截止4月底,统调火电发电机组装机容量1646.01万千瓦,水电发电机组装机容量618.8万千瓦,风电发电机组装机容量259.76万千瓦,太
北极星太阳能光伏网获悉,5月13日,福建省工信厅发布一则项目信息变更公告。公告显示,福州新福兴玻璃科技有限公司“年产2×8000万平米太阳能光伏压延玻璃项目”原拟在福州市福清市建设2条1200t/d光伏压延玻璃生产线。现因技术迭代进步及市场需求升级,福州新福兴玻璃科技有限公司将原来拟建的2条1200t
自2024年12月31日起,陕西电力现货市场开展了连续结算试运行工作。本文将对一季度陕西市场的供需情况及试运行期间的各项边界条件以及市场出清情况进行总结分析,以供各市场主体探讨。(来源:兰木达电力现货作者:林兵伟)一、市场供需情况1、装机情况概要截至2025年3月底,陕西全省发电装机达到11855.
北极星储能网获悉,5月14日,中国能建发布公告,其2023年度向特定对象发行A股股票于5月13日获得上交所审核通过。据了解,本次发行的募集资金总额(含发行费用)不超过150.00亿元(含),扣除发行费用后的募集资金净额将用于中能建哈密“光(热)储”多能互补一体化绿电示范项目、甘肃庆阳“东数西算”
为加速推进碳中和目标机电力市场化改革,日本政府可谓不遗余力。通过实施上网电价补贴和固定购电价格等政策,极大地激发了家庭和企业安装太阳能发电系统并配套储能设备的积极性。采用正泰电源产品的九州熊本光储一体化项目就是一个典型的高压并网自家消费应用案例。该项目采用正泰电源1.6MW/3.3MWh工商
5月14日,InfoLinkConsulting发布本周光伏供应链价格。
近日,美国众议院提出了名为“一项伟大而美丽的法案(TheOne,Big,BeautifulBill)”,计划将住宅太阳能30%税收抵免政策到期日提前至2025年12月31日,这比原计划的终止日期提前了近十年。由共和党主导的众议院筹款委员会提议废除该法案第221页的第25D条款,这意味着住宅太阳能税收抵免政策将于今年底戛
5月12日,国家电投旗下上市公司——上海电力召开董事会会议,审议通过两项重要人事任命,同意聘任陈志超担任公司副总经理,同时提名余国君为第九届董事会董事候选人,相关议案将提交股东大会审议。履历信息显示,陈志超现年45岁,高级工程师,曾在多家电厂担任厂长,拥有丰富的电力行业管理经验。余国
近日,天合光能再次获得法国权威机构Certisolis颁发的碳足迹认证,产品碳足迹低至300kgeqCO₂/kWc,达到了目前晶硅组件碳足迹的最低水平,全面符合法国能源监管委员会(CRE)对光伏项目组件产品的碳足迹要求。天合光能成为目前行业内屈指可数获得300kgeqCO₂/kWc认证并具备交付能力的组件制造商,再次
近日,在2025IntersolarEurope展会现场,上能电气股份有限公司(以下简称“上能电气”)与土耳其知名新能源公司EuropowerEnerji(以下简称“Europower”)正式签署框架合作协议,进一步加速对土耳其及欧亚储能市场的开拓与布局。Europower总部位于土耳其,是欧亚区域著名的光伏系统制造和项目安装商,
5月14日,硅业分会发布最新多晶硅价格,本周多晶硅企业开始有一定量的签单,价格小幅下滑。n型复投料成交价格区间为3.60-4.10万元/吨,成交均价为3.86万元/吨,环比下降1.53%;n型颗粒硅成交价格区间为3.50-3.70万元/吨,成交均价为3.60万元/吨,环比持平;p型多晶硅成交价格区间为3.00-3.50万元/吨,
2025年5月12日,红太阳新能源与尼日利亚某集团正式签署Kano州600MW光伏组件工厂整线建设协议,这是尼日利亚首条本土化光伏组件生产线,也是中国企业以技术输出推动非洲能源转型的重要实践。扎根本土需求深化中非合作尼日利亚该集团家族自上世纪80年代起便致力本土工业化发展,从纺织业到水泥制造,始终
面向新型电力系统开展电力规划,应对“不确定性”是其中的关键命题。高比例新能源、高比例电力电子设备的“双高”特性,叠加用户侧用电结构变化和大量新型负荷的崛起,源荷双侧不可预测性显著增强,传统“源随荷动”的平衡模式难以适用,电力系统安全韧性面临的挑战在“十四五”期间已逐步显现,“十五
5月13日,石头寨光伏发电项目(二期)光伏组件采购(三次)成交结果公布,中标企业为英利能源发展有限公司,中标价格为1730.2096万元,单价0.7元/W。招标公告显示,项目采用585Wp单晶硅N型双面双玻组件,额定容量20.16MW,安装容量24.71728MWp。功率585Wp,电池片尺寸为182*182mm。
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
姓名: | |
性别: | |
出生日期: | |
邮箱: | |
所在地区: | |
行业类别: | |
工作经验: | |
学历: | |
公司名称: | |
任职岗位: |
我们将会第一时间为您推送相关内容!