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海水淡化或不再是梦:美国研制出离子太阳能电池

2017-11-21 17:09| 发布者: candy| 查看: 202| 评论: 0|来自: 科技工作者

图:离子发生器的双极膜设计

现代太阳能电池可利用光能产生电子和电洞,然后由半导体材料传输到外部电路,供人们使用。但是,很少有人关注到另一个由光能驱动的发电形式,即通过分解水分子得到带相反电荷的质子和氢氧化物的传输发电。近日,美国的研究人员在《焦耳》杂志上报道了一种新的设计,它在生产电能和咸水淡化方面具有很好的应用前景。

研究人员制作了一种“离子模拟的电子P-N结太阳能电池”,利用光能来激发水的半导体特性,从而产生离子电。他们希望利用这种机理来制造一种可以直接在阳光照射下进行海水脱盐淡化的设备。

在最新设计中,研究人员将水通过两种离子交换膜,其中一种膜主要运输正电荷离子(如阳离子)的质子,另一种主要运输负电荷离子(阴离子),如氢氧化物,他们就像一对“化学门”使电荷分离。再使用激光照射系统,使光敏的有机染料分子结合在膜上,继而解放质子。然后这些质子将运输到膜的酸性侧,产生最高可超过100mV的离子电流(平均60mV)。

图:离子发电膜的设计概况

然而,除了偶尔出现的超过100mV阙值的情况,双膜系统可以达到的电流水平仍然是其目前主要的限制。若要实现海水淡化,光伏电压必须被放大到200mV,但是研究人员对实现此目标持有乐观态度。

从长远来看,海水淡化只是研究人员开发的合成光驱动质子泵的应用之一。它也可能用于连接电子设备,为脑机接口提供信号,甚至给一些结合了活体组织和人工回路的“人造细胞”提供能量(传统太阳能电池在生物系统中并不稳定)。

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