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第卷第期太阳能学报,
年月,

文章编号办吟

太阳能制氢研究现状及展望

李鑫,李安定,李斌,杨培尧,减春城,郑飞
中国科学院电工研究所,北京峨叉

摘要综述了国内外制氢研究现状。对常用的太阳能制氢方法直接热分解法、热化学循环法、光电化学分
解法以及光催化法进行了分析,指出了各种方法的研究难点和重点。并结合我国的现状提出目前我国应
该把光电化学分解法和步热化学循环法作为研究的重点。
关趁词太阳能制氢直接热分解热化学循环光电化学分解光催化
中圈分类号文献标识码

用太阳能制氢,使其转化为稳定的清洁能源储存下
前言来,便克服了上述缺点,解决了太阳能的不稳定性

。
氢能和核能被许多学者认为是未来的主要常规问题这样太阳能一氢能系统,两种无污染的可再
能源。核能由于其放射性对环境的危害,使得氢能生能源的强强联合,将对未来的能源利用和生态环
’一’。
在人类能源利用中变得尤为重要。氢在地球上的分境的可持续发展带来巨大的好处〔〕
布极为广泛。它主要以化合物的形式存在与水中。

,,国外研究现状
据估算如果把海水中的氢全部提取出来它可以
产生的能量是地球上所有化石燃料放出能量的在传统的制氢方法中,化石燃料制取的氢占全

。
倍。氢燃烧的主要产物是水,水又用来制氢,球的以上化石燃料制氢主要以蒸汽转化和

。
循环往复,源源不断。从世纪年代起,美变压吸附相结合的方法制取高纯度的氢利用电能

。
国、日本、德国等发达国家均制定了系统的氢能研电解水制氢也占有一定的比例太阳能制氢是近

。
究与发展规划。其短期目标就是实现氢燃料电池的一年才发展起来的到目前为止,对太阳能
商业化,在年左右的时间内,使氢能在包括发制氢的方法研究主要集中在如下几种方法直接热

、、
电在内的总体能源系统中占有相当的份额。就目前分解法热化学循环法光催化法以及光电化学分
我国的能源资源和构成来看,我国是煤炭资源丰解法,。
富,主要以煤炭利用为主的国家。燃煤排放出的大直接热分解法

,
量污染物严重的破坏了生态环境。而且在可预计的从概念上讲太阳能直接热分解水制氢是最简

,
未来年,我国可供开采的化石燃料将消耗殆单的方法就是利用太阳能聚光器收集太阳能直接

,
尽。因此,节约能源,提高能源利用效率,尽可能加热水使其达到以上的温度从而分解为

。
多地用可再生能源替代高含碳量的矿物燃料,是我氢气和氧气的过程这种方法的主要问题是①高
国能源建设遵循的原则。我国已经把氢的大规模制温下氢气和氧气的分离②高温太阳能反应器的材

。
备、储存和利用列人到“”和“”的计划料问题温度越高,水的分解效率越高,到大约

,。
中。在氢能利用体系中,最根本的部分便是大规模时水分解反应的吉布斯函数变接近与零

。
廉价氢能的制取。用于制氢的一次能源多种多样,但是,与此同时上述的两个问题也越难于解决正
其中太阳能被许多科学家认为是最好的之一。因为是由于这个原因,使得这种方法在年凡和

。
虽然太阳能是资源极为丰富的可再生能源。但是它川提出来以后发展比较缓慢
有随地理位置、天气条件变化大的缺点。所以,使随着聚光技术和膜科学技术的发展,这种方法

收稿日期习习
太阳能学报卷

又重新激起了科学家的研究热情。其中以色列魏茨科学家想了很多办法。采用热化学循环的方法便是
曼研究所,其中之一。热化学循环反应的原理非常简单。虽然
。教授领导的研究小组最为著名。热化学循环总体反应的吉布斯函数变等于水分解反
教授从到仪〕年先后发表应。但是可以控制在某一特定温度下,某一步反应
’一吕,
篇学术论文〔〕从理论和试验上对太阳的吉布斯函数变为零,而其它的反应都在较低的温

。
能直接热分解水制氢技术可行性进行了论证并度下进行。
对如何提高高温反应器的制氢效率和开发更为稳定美国肯塔基大学著名专家,

。
的多孔陶瓷膜反应器进行了研究。该技术的特点教授对热化学循环法制氢进行了很好的综述〔’〕
是多孔陶瓷膜既作为高温分解水反应器,又作为对于热化学循环的研究在世纪年代广泛兴
氢气的分离装置。由于混合气体扩散特性的不同,起,于年到之间达到高峰。之后虽然减
富集氢气的气流扩散通过陶瓷膜,而富集氧气的气少,但是仍然在不断进行。和主
流则绕过它,这样来实现氢气的分离。该反应器的要使用的『盯的化合物作为循环反应的原
截面图如图所示。反应器的温度至少要达到料。但是由于使用了,所以这种方法不适合大
℃才能维持稳定的运行。随着反应器温度的提规模的使用。德国的则研究铁一抓循环反

。
高,过程的热力学效率也提高然而该技术的主要应。尽管这种方法从化学上和实践上都是可行的,

。
缺点反映在反应器的材料问题上氧化错是制造多但是这种方法的不经济性导致其缺乏竞争力。研究
孔陶瓷膜的主要原料。它的烧结温度在和发展硫酸的热化学循环方法引起了很多公司和研
℃,当反