化腐朽为神奇：工程师用铁锈制成太阳能电池
材料牛注：斯坦福的研究人员从铁锈入手，以金属氧化物为原料制成了新型的太阳能电池，并以新的能量存储-释放模式解决了太阳能难以在夜晚使用的难题。
太阳能是一种不竭的资源，但人们面临的挑战是在夜间，太阳能如何存储和和使用。近日，斯坦福大学的科学家团队利用铁锈成功制造出太阳能电池，这使得大规模的太阳能存储得以实现。
由助理教授William Chueh 和Nicholas Melosh领导的科研团队将铁锈等金属氧化物变成了太阳能电池。它能够将水分解成氢气和氧气，以此来存储太阳能，使人们能够在夜晚间接使用到太阳能。
具有能量的光子被太阳能电池捕获后，会被转变成电子以提供能量，将水分解。在夜晚，氢气和氧气重新结合而释放能量，能量被并重新传回电力系统。这一过程没有碳排放没有化石燃料的消耗。
该研究团队发现，在能量的存储中金属氧化物太阳能电池优于硅太阳能电池。当太阳能电池被加热，前者能比后者更有效地将光子转化为电子，这与先前认识正相反。Chueh说：“我们利用廉价且丰富易得的金属氧化物制成的太阳能电池，展现出了比预期更好的效果。”
该团队测试了铁锈（铁氧化物）、钒酸铋（BiVO4）、氧化钛等不同金属氧化物分别在不同的温度下，对光子-电子转化过程和水分解过程的影响。在对三种氧化物的测试中，升高温度均能提高氢气和氧气产量；其中BiVO4的效率最高。温度升高，增强了电池中载体的流动性，也就是增加了电子通过金属氧化物时的速度。
文章的共同作者Xiaofei Ye解释称，太阳的照射能加热金属氧化物,这有可能会使氢气的产率翻倍。研究团队进一步补充说，这是一个很简洁的设计，能够加热太阳能电池以获得更好的性能，并且不需要增加额外的能量来源。除此之外，人们仅仅使用凹面反射镜和凸透镜就能将太阳辐射聚集起来。
对Chueh来说，这一发现不仅是可观的效益和更大的太阳能存容量，而且还意味着将水分解为清洁能源氢气，它能够为各类机械和车辆提供动力而不产生污染。这样的能量循环方式使得人们能够存储气体，通过管道进行输运，并且避免了额外的碳排放。
这一成果已发表在期刊Energy and Environmental Science上。
感谢材料人编辑部洪期提供素材
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