基于金属氧化物的两步法太阳能热化学循环制备燃料研究现状与展望

马天增，付铭凯，任婷，李鑫*

（1.中国科学院电工研究所，北京100190；2.中国科学院大学电子电气与通信工程学院，北京100049）

0 引言

随着社会经济的飞速发展，能源枯竭和环境污染问题日益突出。实现碳达峰、碳中和是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革，事关中华民族永续发展和构建人类命运共同体。清洁能源的合理利用可以有效缓解资源和环境压力，同时可以大幅减少碳排放，助力“双碳”目标早日实现。太阳能以其清洁、储量巨大、成本低、无地域限制和能源质量高等众多优点成为可再生能源利用的首选。然而，太阳能资源的间歇性对实际应用仍是一种挑战。将太阳能转化成液体或气体燃料储存起来，更容易实现对太阳能的利用和运输。利用太阳能制备燃料的途径很多，包括热化学、电解、光电解和光化学［1-2］。本文以利用太阳能制氢为例，分别对比不同制氢技术的整体效率。

光电解和光化学方法下H2和O2不易分离，同时理论上整体效率不高［3-5］。相比而言，30%的整体能源转化效率对电解方式而言已很难达到，其中太阳能到电能的转化分为2 种途径：一种是利用光伏的方式，另外一种是利用光热发电的方式。对于光伏发电而言，太阳能到电能的转化效率小于20%，而电解效率小于80%，因此该种途径的整体效率低于16%［5］。当用于电解的电能来自太阳能光热发电时，太阳能吸收效率可以达到70%，而从流体到电能的转化效率为30%～60%，因此该方式整体效率为16%～32%［5］。高温太阳能热化学方法理论效率高、可以利用整个太阳光光谱的特点吸引了大量研究人员［6-7］。……