维度网讯,日本大阪公立大学研究团队开发出一套新型人工光合作用系统,通过将自调节化学组件直接集成到电解槽中,实现更加稳定的太阳燃料生产。该设备无需依赖电池供电的控制方法,从而省去了传统系统中成本较高的部件。
与自然光合作用相似,人工光合作用利用阳光将水和二氧化碳转化为甲酸等有用燃料。在这一过程中,电解槽扮演核心角色,负责将太阳能电池产生的电能转化为化学能,并以甲酸形式储存。
为确保在光照变化条件下能量转换保持高效,许多现有系统采用最大功率点跟踪(MPPT)控制方法,持续调整电压和电流以最大化太阳能电池功率输出。但MPPT系统通常需要电池或额外电子设备来稳定能量流,导致整体成本与复杂性上升。
由大阪公立大学人工光合作用研究中心副教授Yasuo Matsubara和教授Yutaka Amao领导的团队,与饭田集团控股(Iida Group Holdings Co., Ltd)合作,重新设计了系统结构,将一种特殊固体电解质整合到电解槽中。新系统中,电解槽自身可自动执行MPPT功能,无需外接电池。
与依赖外部电子设备、电池及转换器维持高效运行的传统方案不同,该电解槽通过其热特性和阻抗特性自主调节电气行为。Amao教授解释,当阳光增强时,电解槽自然升温,系统设计使这一温升导致电阻下降,电流流动更加自由,从而实现电气行为的自动调整。
这种自调节机制有助于全天更稳定地生产燃料,同时减少系统对电池和昂贵外部组件的依赖。团队在真实阳光条件下测试了包含该技术的设备,即使在光照强度波动时,也能稳定地从水和二氧化碳中生产甲酸。
Matsubara教授表示,研究团队此前已在2025年大阪·关西世博会的“Iida Group × 大阪公立大学联合展馆”中展示了这项成果。该系统成功产生足量甲酸,为展馆中的微型立体模型供电,展示了其作为高效人工光合作用系统的潜力,未来有望用于为家庭中的设备充电。该研究发表于《EES Solar》期刊。
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