重要打破！美科学家研究出太阳能热化学制氢新式高性能资料！

全球从化石燃料动力过渡到可继续动力，特别是太阳能，需求在动力贮存方面获得打破。两步法太阳能热化学制氢(STCH)使用整个太阳能光谱，在没有贵金属催化的情况下作业，并别离出产氢和氧，已成为满意此需求的有吸引力的道路。

CSPPLAZA光热发电网讯：据外媒音讯，美国西北大学Sossina M.Haile教授和资料科学家Xin Qian等在近期发布的一篇论文中指出，经探究研讨发现，在太阳能热化学制氢方面，钙钛矿或许比氧化铈更具本钱效益。该项研讨得到了美国动力部的赞助，首要研讨太阳能热化学制氢范畴。

太阳能热化学循环制氢是经过聚光体系发生高温(500℃–2000℃)，推进热化学反响分化水或甲烷等制取氢气等清洁燃料。

美国西北大学选用的两步法制氢进程为:

1、复原进程：首先将反响器中注入相似氩气的惰性气体，在高温条件下，反响器中的多孔氧化复原资料（通常是一种金属氧化物）会因过热被复原为金属单质或贱价金属氧化物并开释出氧气。

2、氧化进程：通入水蒸气，金属单质或贱价金属氧化物被氧化为高价金属氧化物，一起发生氢气，固体和气体易别离。

图：反响原理

上述两个进程均需求1500℃左右乃至更高的温度，这部分能量能够由定日镜阵列所组成的塔式聚光体系直接提供给反响器。

起先，研讨人员测验用氧化铁作为上述进程中的氧化复原资料，但后来发现，在接连制氢的重复循环进程中，该资料的烧结问题十分严峻。

现在，氧化铈（CeO2）应是该范畴公认的最先进的资料，因为其在高温下的安稳功能，现在现已被广泛应用于商业化出产喷气燃料或氢气等太阳能燃料。

据Xin Qian介绍：“该进程十分有爱好，当复原二氧化铈时，它会逐步开释出氧气，当你用蒸汽氧化它时，它会从蒸汽中吸收氧气，填充结构中的氧空位，然后再次被氧化。氧化铈在许多循环中都会有十分快的动力学反响和十分安稳的结构，但其首要问题是复原焓过高。所以当你下降它时，你需求高于1500℃的温度才干出产许多的燃料。这种高温将给太阳能反响堆的规划带来十分严峻的问题，尤其是将有许多资料方面的问题。”

针对此问题，尽管一些太阳能热化学研制人员正在致力于开发出新资料，以用于制作能够接受如此高温的太阳能反响器，但美国西北大学等研讨团队则挑选去寻觅愈加适合该反响进程的代替性氧化复原资料，比方钙钛矿，其功能与二氧化铈相似，但温度较低，所以能够愈加经济地制作太阳能氢气。

Xin Qian指出，这两种资料各有优缺点。除了高温要求和出产功率较低之外，铈仍是一种稀土金属，因而选用氧化铈的本钱远远高于钙钛矿（钙钛矿的价格十分廉价，并且含有丰厚的稀土元素）。可是，氧化铈的长处是其在极点条件下尤其是高温条件下十分安稳。而选用钙钛矿资料则具有较快的氧气开释动力学，这意味着循环进程能够变得更短。例如，每克氧化物30分钟大约能够发生3ml的氢气，因而氢气的出产周期能够变的更短。

美国西北大学所选用的钙钛矿资料的化学式为CaTi0.5Mn0.5O3-δ(CTM55)，它的原子不是以准确的整数比结合在一起的，而是由Ti掺杂钙钛矿型锰酸钙（CaMnO3-δ）构成的。

研讨团队以为，这种钙钛矿能够代替当时太阳能热化学制氢遍及选用的氧化铈。实验室测验标明，在热化学循环中，在1350℃（复原）和1150℃（水分化）之间的循环中，每克氧化物钙钛矿资料完成了10.0±0.2 mL g-1的产氢率，总循环时刻为1.5 h，超过了之前一切的燃料出产陈述。

可是，Xin Qian以为尽管这种资料功能很好，但仍需求继续探究，需求找到一种具有中等焓和足够高熵的资料，以便在热力学上更有利于热复原和水分化进程。鉴于钙钛矿的组成空间十分宽广，后续人们必将能够探究出新的组成，因而必定也会发现功能更佳的新资料。

像现在大多数研讨相同，该团队中的资料科学家与一个核算小组协作来加快探究进程。

Xin Qian表明：“经过核算挑选，能够去掉许多不感爱好的资料，事实上咱们并不知道哪些资料会有这些特性，假如不需求悉数丈量，将会节约许多时刻。例如，假如我知道我想要的资料的复原焓在200到300之间，核算小组会给出一个焓只在这个规模内的一切资料的列表，其它不符合要求的就会直接被抛弃。”

Xin Qian指出：“现在适用太阳能热化学制氢进程的钙钛矿资料的安稳性、晶体结构、相变、复原动力学和燃料出产速率等相关目标的合理参数现已被逐个量化并确认规模，下一步的研讨方向将是怎么对其优化以完成更高的氢气出产功率。未来咱们或许测验调整这些参数，以使资料功能到达更佳。比方，咱们想知道它是否遭到氧分散影响或许氧气在其外表反响会带来什么结果。关于高度多孔的样品结构来说，资料外表的反响或许会影响整个出产流程，那么咱们或许会选用一些催化剂来进步其复原速率，以便在必定的循环时刻内出产出更多的燃料。”