利用太阳光和水将CO2转化为资源！1m2的人工光合作用电池实现10.5%的世界最高水平太阳光转换效率

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摘  要：株式会社丰田中央研究所通过利用人工光合作用，在1m²的电池中实现了10.5%的转换效率，是同级别电池中的世界最高水平，其今后的目标是回收工厂等排放的CO₂，以通过人工光合作用将CO₂再次转化为资源。

关键字：人工光合作用电池、人工光合作用系统、甲酸、太阳光转换效率、多孔隔膜

株式会社丰田中央研究所（以下简称“丰田中研”）使用1m²电池验证了仅利用太阳能、水和CO₂直接合成有用物质的人工光合作用，该电池实现了10.5%的太阳光转换效率，是同级别电池中的世界最高水平。

技术特点

1. 基本原理：仅利用太阳光、水和CO₂合成有机物

丰田中研的人工光合作用系统MORLIE™是一种清洁技术，其采用半导体和分子催化剂，组合使用可进行水氧化反应和CO₂还原反应的电极，在常温常压下合成有机物甲酸。

2021年4月，在36cm²的电池中实现了7.2%的太阳光转换效率，远远超过植物光合作用，达到同级别电池中的（当时）世界最高水平。

2. 人工光合作用电池的大型化

为将人工光合作用电池投入实际使用，需要在不降低人工光合作用电池的太阳光转换效率的情况下，进一步扩大电池的尺寸，但这在技术上存在困难。

针对该问题，丰田中研在不改变基本原理的情况下进行了以下改良，从而充分利用太阳光生成的大量电子，高效合成甲酸（图1）。

图1. 人工光合作用的反应装置

1）采用电阻低的钛基板，以使在太阳能电池中生成的电子遍布电极的整个表面。

2）在氧化电极与还原电极之间放置多孔隔膜，合成甲酸所需的氢离子能够通过该隔膜，而妨碍甲酸合成的氧无法通过该隔膜。

图2. 1m²的电极和人工光合作用反应的状态

（泡沫是产生的氧气）

最终，在1m²的电池（图2）中实现了10.5%的转换效率，是同级别电池中的世界最高水平。丰田中研今后的目标是完成系统开发，回收工厂等排放的CO₂后，通过人工光合作用将CO₂再次转化为资源。

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翻译：肖永红

审校：贾陆叶

李   涵

统稿：李淑珊

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