斯弗拉利用鐵銹制成的太陽(yáng)能裝置，成本還沒(méi)有玻璃貴，轉(zhuǎn)化率卻達(dá)到了3.6％。圖片來(lái)源：gizmag.com

　　不過(guò)，他的目標(biāo)可能面臨著一重阻礙，而且吊詭的是，這個(gè)阻礙恰恰是由于鐵銹層太薄了。任何電解材料都要解決一個(gè)基本的矛盾：一方面它要盡可能厚，另一方面卻要盡可能薄。要薄，電子才有逃逸的機(jī)會(huì)；要厚，材料才可以多吸收光子。一層20納米厚的材料只能吸收所有可吸收光子的18％；將厚度增加到1微米，它就能吸收差不多所有的光子——但這時(shí)，它們又會(huì)深陷在其中。

　　為了解決這個(gè)矛盾，以色列理工大學(xué)的阿夫納·羅斯柴德（AvnerRothchild）及其同事借用了量子力學(xué)。他們的裝置用一層30納米的鐵銹膜捕獲入射光線(xiàn)。光子一進(jìn)入裝置就被導(dǎo)入一個(gè)鏡腔，腔內(nèi)有兩面相對(duì)成V形的鏡子，將光子反復(fù)彈射，直到完全吸收。此外，向前和向后擴(kuò)散的光波還會(huì)發(fā)生干涉，進(jìn)一步促進(jìn)光子的吸收，這個(gè)效果在薄膜表面尤為明顯。這樣，光子和空穴就能在被拉回之前輕易到達(dá)鐵銹膜表面了。虧得這個(gè)設(shè)計(jì)，這臺(tái)裝置能夠吸收71%的入射光子，但它又足夠薄，電子能夠從中逃脫。兩個(gè)因素相加，使它的理論轉(zhuǎn)化率達(dá)到了4.9％（參見(jiàn)《自然·材料學(xué)》，即將出版）。

　　以氧化鐵低下的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，這個(gè)數(shù)字已經(jīng)十分不錯(cuò)了，但還比不上那些商用的太陽(yáng)能產(chǎn)品——問(wèn)題是，真的就比不上嗎？

　　這就要說(shuō)到鐵銹真正的天才之處了，這也是它最終或許能以微弱的轉(zhuǎn)化率擊敗硅的關(guān)鍵。斯弗拉指出，就算鐵銹永遠(yuǎn)無(wú)法達(dá)到16％的最高轉(zhuǎn)化率，但它實(shí)在便宜，可以大量生產(chǎn)——這正是他和其他鐵銹研究者計(jì)劃要做的事。卡茲也指出：“最關(guān)鍵的其實(shí)不是轉(zhuǎn)化率，而是每瓦特的成本?！彼€表示，就算轉(zhuǎn)化率只有10％，“只要價(jià)格夠低”，也能擊敗轉(zhuǎn)化率高達(dá)50％的光伏電池，因?yàn)殍F銹便宜到你可以噴灑在所有東西的表面上。

　　這正是研究者的目標(biāo)。按照斯弗拉的設(shè)想，他的鐵銹“花椰菜”可以涂在類(lèi)似墻紙的材料上，制成薄片狀的太陽(yáng)能電池，在任何地方都能生產(chǎn)出氫。偏遠(yuǎn)的沙漠城鎮(zhèn)就是一個(gè)理想的場(chǎng)所，過(guò)濾后的污水可以用作電解的原料。

　　氫的問(wèn)題

　　當(dāng)然了，在這個(gè)夢(mèng)想能夠?qū)崿F(xiàn)之前，還有幾個(gè)問(wèn)題必須要解決。比如海爾加特指出，水一旦分解，“就等于造出了一枚炸彈”，因?yàn)闅浜脱鯐?huì)劇烈反應(yīng)，發(fā)生爆炸。還有一種比較溫和但同樣糟糕的結(jié)果，那就是分開(kāi)的氫和氧又重新結(jié)合成水，只是溫度比原來(lái)略高。

　　將氫氣和氧氣分開(kāi)還算簡(jiǎn)單。在斯弗拉設(shè)計(jì)的電池里，就有一層薄膜把氫和氧吸到不同的地方，讓它們分別形成氣體。海爾加特的想法則有所不同：在他看來(lái)，如果根本用不著氧，又何必把它制造出來(lái)？因此，他設(shè)計(jì)用低檔廢水來(lái)“吃掉”氧。氧不會(huì)變成氣體，而是和水中的有機(jī)化合物反應(yīng)結(jié)合，只讓氫氣安全地析出到儲(chǔ)存罐中。

太陽(yáng)能或許將步入鐵銹時(shí)代，但在這個(gè)夢(mèng)想能夠?qū)崿F(xiàn)之前，還有幾個(gè)問(wèn)題必須要解決。圖片來(lái)源：wordpress.com

　　最后還有一道難題：鐵銹電池雖然可以用制造氫氣的方式儲(chǔ)存太陽(yáng)能，儲(chǔ)存環(huán)節(jié)卻會(huì)遇到特有的困難。氫氣是出了名的難以保存，一定要用昂貴、堅(jiān)固、不會(huì)腐蝕、也不會(huì)爆炸的容器盛放。也正是這個(gè)困難，使得人人叫好的氫經(jīng)濟(jì)前途渺茫。

　　對(duì)此，科學(xué)家仍在研究種種方案。除了燃料電池的持續(xù)進(jìn)步，好幾種新的方法也在嘗試之中。比如不久前，在澳大利亞的新南威爾士大學(xué)，研究者就用納米級(jí)的硼氫化鈉來(lái)儲(chǔ)氫。硼氫化鈉是一種鹽，一般來(lái)說(shuō)要加熱到550℃，儲(chǔ)存在其化學(xué)鍵內(nèi)的氫才會(huì)釋放出來(lái)；但是在納米尺度下，它在50℃就開(kāi)始放手了（大量析出仍需加熱到350℃）。對(duì)于多種尺寸的便攜儲(chǔ)氫技術(shù)而言，這是一個(gè)前途光明的進(jìn)展。

　　前途雖然光明，但這個(gè)進(jìn)展或許并不是必須的。簡(jiǎn)單的罐裝氫氣，像露營(yíng)燃料那樣就地儲(chǔ)存和燃燒，也能達(dá)到同樣的目的。這正是“儲(chǔ)存陽(yáng)光”公司的負(fù)責(zé)人布萊恩·霍克羅夫（BrianHolcroft）所持的觀(guān)點(diǎn)。在他看來(lái)，這樣的簡(jiǎn)易裝置在那些日光充裕但能源設(shè)施短缺的地方，比如肯尼亞，剛好可以有所作為。他已經(jīng)同瑞士聯(lián)邦理工大學(xué)合作，允許他的公司用“串疊型電池+氧化鐵”的裝置，在電網(wǎng)之外解決供電問(wèn)題。他還迫不及待地想把這些裝置弄上發(fā)達(dá)國(guó)家的屋頂，讓屋主不接入電網(wǎng)就能獲得氫燃料和電力。

　　或許，連串疊型電池都不是必要的。用鐵銹中的電子分解水的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)進(jìn)行了幾十年，其中產(chǎn)生的靈感或許能將哈迪和巴德最初的夢(mèng)想從過(guò)去推向未來(lái)：那將是一臺(tái)由鐵銹制成的光伏裝置，盡管轉(zhuǎn)化率不高，卻可以?xún)?chǔ)存太陽(yáng)能。

　　“撇開(kāi)轉(zhuǎn)化率的問(wèn)題，一塊鐵銹電池既可以生產(chǎn)燃料，又能發(fā)電，還可以?xún)烧咄瑫r(shí)進(jìn)行，”卡茲說(shuō)，“它可以在白天用電高峰時(shí)段發(fā)電，并在用電量下降時(shí)生產(chǎn)燃料?！笨紤]到太陽(yáng)能發(fā)電的經(jīng)濟(jì)現(xiàn)狀，哈迪和巴德在1975年產(chǎn)生的那道微弱電流，或許終將發(fā)展成惠及全球的可再生能源?；蛟S，未來(lái)會(huì)是鐵銹的時(shí)代。

　　編譯自：《新科學(xué)家》，Midnightsun:Howtoget24-hoursolarpower