科学家利用钙钛矿材料推进可再生氢生产方法

根据国家可再生能源实验室(NREL)科学家的分析，钙钛矿材料可能具有在以可再生方式生产氢气的过程中发挥重要作用的潜力。氢已成为存储可再生资源产生的能量的重要载体，可替代用于运输、氨生产和其他工业应用的化石燃料。成功使用氢作为燃料的关键是能够满足能源部的氢能Earthshot——最近宣布的目标，即在十年内将清洁氢的成本降低80%至每公斤1美元。

NREL的科学家分析了一种新兴的水分解技术，称为太阳能热化学制氢(STCH)，它可能比通过常用电解方法生产氢气更节能。电解需要电力将水分解成氢气和氧气。STCH依赖于两步化学过程，其中金属氧化物暴露在高于1,400摄氏度的温度下，然后在较低温度下用蒸汽重新氧化以产生氢气。

“这当然是一个非常具有挑战性的领域，它还有很多研究问题尚未解决，主要是在材料方面，”NREL的高级工程师和发表在可再生能源杂志上的一篇新论文的主要作者马志文说。他的合著者都来自NREL，是PatrickDavenport和GenevieveSaur。

该论文通过研究系统级设计和技术经济分析来补充正在进行的材料发现研究，以将可能的材料集成到太阳能燃料平台中并支持能源部的HydroGEN计划。HydroGEN计划中的材料发现涉及机器学习、缺陷计算和开发新钙钛矿材料的实验工作。研究人员需要确定能够在达到性能目标的同时处理所需高温的钙钛矿。

这项工作展示了技术经济分析组合的一部分，重点关注氢气生产途径，每种途径都有其优缺点。例如，电解是可商购的，所需的电力可以来自光伏(PV)。然而，所使用的光伏电池仅捕获太阳光谱的一部分。STCH使用整个频谱。集中的太阳能热能使STCH能够产生化学反应。

科学家们指出，积极研究以确定STCH工艺的最佳材料对于这种制氢方法的成功至关重要。

“材料不一定被发现，”Saur说，“但这种分析是为我们认为如果材料满足研究界设想的一些目标和期望的成本将提供一些界限。”

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