资源描述：
《太阳能光电化学电池分解水制氢技术及其研究发展》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、太阳能光电化学电池分解水制氢技术及其研究发展第26卷第6期VO1I26NO.6临沂师范学院JournalofLinyiTeachergCollege2004年12月Dec.2004太阳能光电化学电池分解水制氢技术及其研究发展黄金昭，徐征(北京交通大学光电子技术研究所，北京100044)摘要:主要介绍了太阳能光电化学电池分解水制氢技术的基木原理以及发展历史和研丸现状,并在此基础上分析了影响该技术发展的一些因素，包括迭层电池的各姑之闻的能带匹配,催化电极的制备，电阻的减小以及电池的结构等一系列问题.关键词:PEC;氢能;太阳电池中图分类号:0646.5文献标识码:A文章编号1009
2、-6051(2004)06一0010—040引言在新能源领域中，氢能已普遍被认为是一种最理想的绿色能源，这是它的独特的优点所决定的•在所有元素中，氢重量最轻，它能够以气，液，固3种形式存在，能适应贮运及各种应用环境的不同要求;所有气体中，氢是自然界存在最普遍的元素;除核燃料外，氢的发热值是所有化石燃料，化工燃料和生物燃料中最高的;氢燃烧性能好;氢气本身无毒，与其他燃料相比氢燃烧时最清洁，水是其惟-产物,不会对环境产生污染，也不会带来温室效应;氢能利用形式多，既可作为家用燃料，又可用于航天等.制氢的方法有许多种，但如果能利用可再生能源来制氢，那将是取之不尽,用之不竭的能源体系•太
3、阳能在所有可再生能源中当为首选.太阳能可以通过分解水或其它许多途径转换成氧能，即太阳能制氢.这包括许多方法,如太阳能光屯化学电池分解水制氢，光化学催化制氢,太阳能生物制氢等,其中太阳能光电化学（photo-electrochemical,PEC）电池分解水制氢技术是很具前景的技术•这是因为：PEC技术是基于太阳能和水，而这两种物质都是可再生的；PEC技术没有副产品，不会给环境带来污染；PEC技术相对比较简单；PEC技术既可小规模应用，乂可大规模开发.据预测「倒2100年氢能作为家用燃料和运输燃料的市场占有额将分别达到50,作为工业燃料的市场占有额也将达到20.因此，大力发展制氢
4、技术，特别是PEC技术将是未来发展的方向.1PEC制氢技术的基木原理光电化学池，即通过光阳极吸收太阳能并将光能转化为电能•光阳极通常为光半导体材料，受光激发可以产生电子一空穴对，光阳极和对极（阴极）组成光电化学池,在电解质存在下光阳极吸光后在半导体带上产生的电子通过外电路流向对极，水中的质子从对极上接受电子产牛氢气•图1是太阳能光电化学电池制氢的基本结构•它包括一个光阳极（一般是金属氧化物）和阴极（一般是Pt）,在电解液中，氧化和述原反应分别在阳极和阴极发生.圈1光电化学电池裂解水结构收稿日期:2004?11?08基金项目:国家973(2003CB214501)作者简介:黄金昭
5、(1979一)，男.山东临沂人，北京交通大学硕士研究生.研究方向:半导体光电器件.徐征(1959一)，男，北京市人，高级工程师，博士•研究方向•光电子材料，器件，真空及薄膜技术，发光与显示10第6期黄金昭等:太阳能光电化学电池分解水制氢技术及其研究发展反应机制主要包括：阳极.h一e+h1h+H2O(liquid)寺O2(gas)+2H阴极2H+2e—H2(gas)总反应方程式2h7+H2o(liquid)一_^-o2(gas)+H2(gas)(e代表电子,h代表空穴)要使总反应发生，最少要给予1.23V的能量，现在最常用的电极材料是Ti02,其禁带宽度为3ev,光照能够产生0.
6、7-0.9V的能量，因此要使水裂解必须施加一定的偏压•常用的施加偏压的方法有:施加外部偏压;利用光器件，在内部施加偏压;利用阴，阳两极附近浓度的不同,在内部提供偏压.2PEC制氢技术的发展历史及研究现状1839年，光电化学效应被Becquerel［发现,以后随着半导体技术的发展，使光化学效应在理论上得到解释，即电子的传输是由电极材料的能带结构引起的•这种理论以后被Gerischer,Memming和Mrrison-进一步发展.1972年,Fujishima和Honda［盯首次利用PEC技术，用TiO:作光阳极来电解水.尽管以后的工作证明了利用TiO:来裂解水需要外加偏压，但他们
7、的工作提示了可以用太阳能来裂解水制氢，还可以利用氧化物的耐腐蚀性来做电极.在Fujishima和HondaT作的带动下,1975年岀现了用别的氧化物作电极，包括KTiO.和SrTiO.,这不需要外加电压就能裂解水,但转化率比较低］.1976年Morisakic制作出了复杂的电极结构，它包括一个光伏结构单元和一个Tio2光阳极.尽管这种结构没能带来转化效率的明显提高,但这种思路使PEC技术有了重大突破.这使得利用太阳电池提供偏压成为可能.夏威夷大学的Miller和Rochelea
8、5］利用图2
