將太陽(yáng)能“鎖”進(jìn)分子結(jié)構(gòu)：德國(guó)科學(xué)家開發(fā)可循環(huán)儲(chǔ)氫系統(tǒng)

德國(guó)烏爾姆大學(xué)（Ulm University）和耶拿大學(xué)（Jena University）的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)近日成功開發(fā)出一種創(chuàng)新型共聚物電池。該電池能夠?qū)⑻?yáng)能儲(chǔ)存數(shù)天，并在需要時(shí)以綠色氫氣的形式釋放出來(lái)。根據(jù)相關(guān)新聞稿，這種共聚物電池的充放電過(guò)程可以通過(guò)調(diào)節(jié) pH 值進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)高效的能量轉(zhuǎn)換與儲(chǔ)存。

在全球努力減少對(duì)化石燃料依賴的背景下，太陽(yáng)能和風(fēng)能等可再生能源正被廣泛采用。然而，對(duì)于一些對(duì)高能量密度有較高需求的領(lǐng)域而言，氫氣作為一種替代能源展現(xiàn)出巨大潛力。氫氣燃燒后只產(chǎn)生水，為高能耗應(yīng)用提供了一種無(wú)碳解決方案。然而，傳統(tǒng)的制氫方法通常伴隨著碳排放，而利用太陽(yáng)能或風(fēng)能生產(chǎn)的綠色氫氣則具有更顯著的環(huán)保優(yōu)勢(shì)。

為了改進(jìn)綠色氫氣的生產(chǎn)與儲(chǔ)存，由耶拿大學(xué)的烏爾里希·舒伯特和烏爾姆大學(xué)的斯文·勞領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)將目光投向了共聚物分子。共聚物是由多個(gè)有機(jī)單元組成的大分子，具有穩(wěn)定結(jié)構(gòu)并能夠整合特定功能。在這種共聚物電池中，研究人員采用了水溶性共聚物，其增強(qiáng)的氧化還原活性是關(guān)鍵功能單元。

在陽(yáng)光照射下，這種共聚物電池的充電效率可達(dá) 80%，并且能夠保持充電狀態(tài)數(shù)天。在放電過(guò)程中，通過(guò)加入酸和析氫催化劑，儲(chǔ)存的電子與質(zhì)子結(jié)合釋放出氫氣，效率高達(dá) 72%。該基于共聚物的系統(tǒng)具有可逆的氧化還原反應(yīng)特性，使其在放電后能夠再次充電，并支持多次循環(huán)使用。

在這種共聚物電池中，pH 值發(fā)揮著雙重作用：既是充放電的“開關(guān)”，也是電池電荷狀態(tài)的可視化指示器。在放電過(guò)程中，酸的存在會(huì)使系統(tǒng)顏色由紫色變?yōu)辄S色；在充電過(guò)程中，顏色恢復(fù)為紫色，表明電池已準(zhǔn)備好釋放氫氣，用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車或發(fā)電等多種應(yīng)用。

勞在新聞稿中補(bǔ)充說(shuō)：“該項(xiàng)目在科學(xué)上也具有重要意義，因?yàn)樗鼘⒒瘜W(xué)中通常聯(lián)系較少的不同概念結(jié)合在一起，即高分子聚合物化學(xué)與光催化。”

舒伯特總結(jié)道：“這些成果為開發(fā)低成本、可規(guī)模化的太陽(yáng)能儲(chǔ)存技術(shù)開辟了新前景——并為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的、以化學(xué)為基礎(chǔ)的能源經(jīng)濟(jì)提供了重要構(gòu)件。” 相關(guān)研究成果已發(fā)表在期刊《Nature Communications》上。

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-68342-2?utm_source=chatgpt.com

（素材來(lái)自：Nature 全球氫能網(wǎng)、新能源網(wǎng)綜合）