来自乌尔姆大学和耶拿弗里德里希·席勒大学的研究人员近日展示了一种材料系统，该系统能够储存太阳能获得的能量长达数天，并在需要时将其转化为氢气。

该方法依赖于一种水溶性、氧化还原活性的共聚物，它能临时存储在太阳能驱动反应中产生的电子，随后释放这些电子，按需制取氢气。

共聚物是由不同有机结构单元组成的大分子，可形成具有定制化学性质的稳定框架。在德国研究团队开发的这个系统中，聚合物结构整合了旨在增强氧化还原活性的功能单元，使分子能够充当太阳能转换过程中产生电子的临时储存库。

实验结果显示，充电效率超过80%，存储在聚合物中的电子能量可稳定保持数天。这一特性解决了许多太阳能制氢系统面临的关键限制，即能量通常在产生后必须立即转换或使用。随后，通过引发受控的化学反应产生氢气，这些存储的电子即可被释放。

氢气的生成是通过引入酸和析氢催化剂来触发的。该催化剂促进聚合物中存储的电子与溶液中的质子发生反应，从而形成氢分子。实验室测试报告称，在此放电过程中，氢气生成效率约为72%。

将能量捕获与氢气生产分离的能力，代表了太阳能制氢系统设计的一个显著转变。传统的光催化系统通常需要持续光照，因为电子转移反应与光子吸收是同时发生的。通过引入一种中间存储材料，乌尔姆和耶拿的研究人员有效地将这两个过程解耦，使得即使在无光照的条件下也能生产氢气。

从能源系统的角度来看，这种能力可以减少与太阳能驱动制氢相关的运行限制。历史上，光催化制氢一直受到太阳辐照度波动以及中间反应产物难以储存的限制。一个稳定的电子存储介质使得在太阳辐射高峰时段收集的能量可以在之后转化为氢气，从而可能平滑生产曲线。

材料的稳定性和可扩展性是评估该方法更广泛适用性的关键因素。共聚物在结构可调性方面具有优势，允许研究人员调整分子组成以优化氧化还原特性和存储容量。然而，将实验室规模的材料转化为工业流程，需要仔细评估合成成本、在反复充放电循环下的耐用性以及与现有制氢基础设施的兼容性。

这项工作也反映了向结合太阳能转换与化学存储机制的混合储能系统发展的更广泛研究趋势。这些系统并非完全依赖电化学电池或直接电解，而是试图在将能量转化为氢气等燃料之前，先以分子形式储存起来。

来源：  氢看世界