太阳能直接制氢新突破
新开发的材料无需借助光伏或其他发电装置，即可将太阳能储存数天并以氢气形式释放。该工艺由乌尔姆大学和弗里德里希·席勒·耶拿大学联合研发，具有可逆性，效率高达 72%。
德国乌尔姆大学、弗里德里希·席勒·耶拿大学以及耶拿莱布尼茨光子技术研究所的研究人员，开发出了一种能将太阳光能储存数天、再以氢气形式释放的材料。
“可以把它想象成分子层面上太阳能电池和（传统认知的）电池的结合。”乌尔姆大学无机化学一所所长斯文·劳说。这个过程是可逆的，能反复再生利用。
绿氢是能源转型最重要的支柱之一，通常借助光催化技术从太阳光中制取。目前虽然已有多种将太阳能转化并储存为化学能的技术路线，但这次是首次有材料能将太阳光能储存数天、再“按需”以氢气形式释放出来。相关研究发表在《自然·通讯》上。
核心材料是一种水溶性的氧化还原活性共聚物。共聚物是由不同有机结构单元构成的高分子，能形成稳定骨架，并被赋予特定的化学物理性质——在这里就是强氧化还原活性。
研究团队表示，充电效率超过 80%，充好的状态能保持好几天。
出人意料的高效率
“需要的时候，我们就把储存的化学能以氢气的形式取出来，储存的电子会被定向再利用。”弗里德里希·席勒·耶拿大学有机化学与高分子化学研究所所长、论文共同通讯作者乌尔里希·舒伯特说。
具体做法是往溶液里加入酸和析氢催化剂，聚合物中储存的电子和质子结合，氢气就这样“按需”产生了。
转化效率高达 72%，“高得出乎意料”。更实用的一点是，这个放电过程在黑暗中同样可以进行，完全不依赖是否有阳光。
pH开关：给系统重置
溶液用完后，只需中和 pH 值，系统就能重新接受光照充电。
两位第一作者——乌尔姆大学的马可·哈特科恩和耶拿大学的罗宾·坎普斯——解释说：“基于聚合物的氧化还原反应是可逆的，可以支持多个充电、储存和催化循环。而且聚合物不需要费力分离提纯，只需改变溶液的 pH 值就能完成重置。”
这个 pH 开关还带来一个有趣的视觉效果：放电时溶液会从紫色变成黄色，重新光照充电后又变回紫色——电池“满血复活”。
工业应用前景
斯文·劳还指出，这项研究在科学上的另一重意义在于，它将通常交集不多的两个化学领域融合在了一起——高分子化学与光催化。研究团队相信，这类按需制氢的方式将来有望用于高能耗工业场景，比如依赖稳定绿氢供应的气候中性钢铁生产。
不过目前还有一些关键问题没有答案：这个过程到底能循环多少次？每度电的储能成本能做到多低？这些数据团队暂时没有公布。
舒伯特的说法是，这项研究“为低成本、可扩展的太阳能储能技术打开了一扇新门，也为建立可持续的化学能源体系提供了重要拼图”。
该项目依托乌尔姆大学与耶拿大学的联合特别研究计划“CataLight”（TRR/SFB 234）推进，主攻方向是太阳能转化为化学能以及用阳光制备绿氢。
维也纳大学和美因茨马克斯·普朗克聚合物研究所也参与其中。2023 至 2026 年间，这一联合体获得德国研究基金会约 1200 万欧元的资助。
【信息来源：pv-magazine.de、chemie.de】