基于水/氧循環(huán)的生物光電化學(xué)體系用于太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化與存儲(chǔ)
????太陽(yáng)能作為自然界中存在最廣泛的可再生能源（23,000 TW/年），如何實(shí)現(xiàn)其高效合理地開(kāi)發(fā)利用一直是科研工作者們的研究熱點(diǎn)。從目前發(fā)展階段來(lái)看，對(duì)太陽(yáng)能的利用主要集中在太陽(yáng)能電力系統(tǒng)、太陽(yáng)能熱力系統(tǒng)以及太陽(yáng)能燃料系統(tǒng)三個(gè)方面。然而，地球自轉(zhuǎn)引起的區(qū)域性光源間歇問(wèn)題卻極大的限制了太陽(yáng)能向其他能源的連續(xù)轉(zhuǎn)化，使其不能滿足日常生產(chǎn)生活中源源不斷地能量需求。針對(duì)這一問(wèn)題，科學(xué)家們提出了相應(yīng)的能源儲(chǔ)備戰(zhàn)略。通過(guò)將光電化學(xué)體系與二次電池或液流電池體系連用，實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)化與存儲(chǔ)，有效地解決了光源間歇所引起的能源供需問(wèn)題。但多體系連用存在系統(tǒng)復(fù)雜、成本較高、能量傳輸損耗嚴(yán)重等缺點(diǎn)。因此，如何合理地設(shè)計(jì)一體化太陽(yáng)能蓄放體系便成為科研工作者們下一步需要解決的研究難題。?
近日，中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所董紹俊團(tuán)隊(duì)通過(guò)構(gòu)建基于水/氧循環(huán)的生物光電化學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)了一體化體系下太陽(yáng)能的連續(xù)轉(zhuǎn)化與存儲(chǔ)，為可再生能源的高效利用提供了一條新的研究思路。該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的生物光電化學(xué)體系以聚吡咯固態(tài)電容電極作為儲(chǔ)能模塊，使能量存儲(chǔ)過(guò)程更為安全、簡(jiǎn)便。在太陽(yáng)能蓄放過(guò)程中，體系中的水/氧分子能自發(fā)形成循環(huán)，不需要額外犧牲試劑與其它氧化還原對(duì)的參與，極大地提高了設(shè)備安全性并降低了成本。此外，該體系模塊化與集成化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使其能夠根據(jù)不同情況進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，更好的滿足多方面實(shí)際應(yīng)用需求。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析顯示，該概念模型在光照與暗場(chǎng)條件下分別獲得0.34±0.01和0.19±0.02mWcm-2的最大功率密度輸出，并且展現(xiàn)出穩(wěn)定的太陽(yáng)能蓄放循環(huán)性能。通過(guò)改變儲(chǔ)能模塊（聚吡咯電容電極）的電容量，充/放電時(shí)間可以得到有效調(diào)控。在本項(xiàng)研究工作中，水/氧循環(huán)生物光電化學(xué)模型的構(gòu)建一方面推動(dòng)了光電化學(xué)體系、生物電化學(xué)體系以及電容器體系間的交叉融合發(fā)展，另一方面也為未來(lái)綠色化可充電設(shè)備的研究發(fā)展提供一定的指導(dǎo)意義。這一成果近期發(fā)表在Journal of the American Chemical Society（2019, 141, 16416-16421）上，得到了國(guó)家自然科學(xué)基金和國(guó)家科技部基金的支持。?
（電分析化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）
基于水/氧循環(huán)的生物光電化學(xué)體系用于太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化與存儲(chǔ)
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