电池知识
锂离子、磷酸铁锂、锰酸锂、新能源
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为了实现人工光合作用，像植物一样将阳光、水和二氧化碳转化为燃料，研究人员不仅要识别材料以有效地进行光电化学水分析，还要知道为什么某种材料可能起或不起作用。今朝，劳伦斯伯克利国家试验室（伯克利试验室）的科学家们开创了一种技术，该技术利用纳米级成像来知道局部纳米级特性要怎么样影响材料的宏观性能。
他们的研究"NanoscaleImagingofChargeCarrierTransportinWaterSplittingAnodes"（水分裂阳极中电荷载体传输的纳米尺度成像）刚刚在NatureCommunications上发表。主要研究人员是伯克利试验室化学科学部的JohannaEichhorn和FrancescaToma。
能源创新中心人工光合作用联合中心的研究员Toma说：“该技术将材料的形态与其功能相联系，并在纳米尺度上对电荷传递机制或电荷要怎么样在材料内移动给出了深入的见解。”
人工光合作用旨在仅使用阳光、水和二氧化碳作为输入来萌生高能量的燃料。这种办法的优势是它不会与粮食库存竞争，也不会萌生或减少温室气体排放。光电化学水分析系统需利用阳光将水分子分析成氢和氧的特殊半导体。
钒酸铋已被确定为一种很有潜力的光电阳极材料，它可以在光电化学电池中提供氧化水的电荷。Eichhorn说：“这种材料是一个案例，理论上效率很好，但在试验探测中，你实际上观察到的效率很低。原由尚不完全清楚。”
研究人员使用光电导原子力显微镜以高的空间辨别率绘制样品每个点的电流。该技术已被用于分解太阳能电池材料的局部电荷传输和光电性质，但目前还不清楚在光电化学材料中纳米级的电荷载流子传输限制。
Eichhorn和Toma与伯克利试验室的纳米科学研究机构MolecularFoundry公司的科学家们一起通过Foundry公司的用户项目进行这些测量。他们发现，材料的纳米级形态在性能上存在差异。
Eichhorn：“我们发现，电荷的利用方式在整个样本中并不平均，而存在异质性。当我们进行水分析时，这些性能差异可能导致其宏观性能-样品的总体输出。”
为了理解这种特征，Toma给出了一个太阳能电池板的例子。她说：“假设该电池板的效率为22％。但是在纳米尺度上，在板的每一点，它是不是会给你22％的效率？这种技术使您可以对光电化学材料说‘是’或‘不是’。如果答案是不是定的，则表示材料上的活性点较少。在最理想的情况下，它只会降低总效率，但如果有更复杂的过程，效率还可能会大幅降低。”
进一步理解钒酸铋要怎么样起作用，也将使研究人员能够合成新材料，从而能够更有效地驱动相同反应。这项研究建立在Toma和其他人的研究基础之上，在这项研究中，她能够分解和预测决定（光）电化学材料的化学稳定性机制。
Toma表示，这些结果使科学家们更接近于实现有效的人工光合作用。她还说：“今朝我们了解要怎么样测量这些低电导率材料中的局部光电流。下一步是将所有这些材料都放入液体电解质中并完成相同的操作。我们有工具，今朝我们了解要怎么样解释结果，以及要怎么样分解它们，这是向前迈进的紧要第一步。”
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