离子太阳能电池助力海水淡化

来源:焦耳

现代太阳能电池可以利用光能产生电子和空穴，然后通过半导体材料传输到外部电路供人们使用。然而，很少有人注意到由光能驱动的另一种发电形式，即通过分解水分子获得带相反电荷的质子和氢氧化物。最近，美国研究人员在《焦耳杂志》(paper link)上报道了一种新的设计，这种设计在发电和盐水淡化方面具有良好的应用前景。

该研究的资深作者、加州大学欧文分校的助理教授谢恩·阿多(Shane Ardo)说，他们已经制造了一种“离子模拟电子pn结太阳能电池”，这种电池可以利用光能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制来制造一种可以直接在阳光下淡化海水的装置。

在新的研究中，研究人员让水通过两个离子交换膜，其中一个主要传输带正电离子的质子，另一个主要传输带负电的离子，如氢氧化物，它们作为一对“化学门”来分离电荷。研究人员随后使用激光照射系统将光敏有机染料分子结合到膜上，膜反过来释放质子。这些质子然后将被输送到膜的酸性侧，产生高达100毫伏(平均60毫伏)的离子电流。

然而，除了偶尔超过100毫伏阈值的情况外，双膜系统能够达到的电流水平仍然是其当前的主要限制。要实现海水淡化，光伏电压必须放大到200毫伏，但研究人员对实现这一目标非常乐观。

“通过了解水的特性，我们可以更好地设计这些双极膜界面，以最大化电压和电流。”阿多说。

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。它也可以用来连接电子设备，向脑-机接口提供信号，甚至向结合了活体组织和人工电路的“人工细胞”提供能量。(唐毅宸)