丰田：人造光合作用的太阳能转化效率7.2％：常温常压下甲酸的合成
-旨在回收二氧化碳
丰田中央研发实验室
4月21日，利用太阳光的能量仅从CO2和水中合成了有用物质。
人工光合作用：
“人工光合作用”是在一个面积为36平方厘米的实用太阳能电池中进行的。
在该类别中实现了7.2％的世界最高太阳能转换效率。
该结果发表在国际能源杂志“ Joule Vol.5，No.3,2021”上。
太阳能转换效率7.2％：
丰田中央研发实验室的人工光合作用是一种使用半导体和分子催化剂的方法。
结合进行二氧化碳还原反应和水氧化反应的电极，
常温常压下合成有机物（甲酸）的技术。
2011年的原理演示：
2011年，在世界上第一个原理证明中，太阳能转化率为0.04％。
2015年，1平方厘米的转换效率达到了4.6％（当时世界上最高），大大超过了植物。
开发了新的电池结构和电极：
丰田中央研发实验室保持了原样。
电极面积扩大到与太阳能电池所产生的电子数量保持良好平衡的尺寸。
促进甲酸合成：
我们已经开发出一种新的细胞结构和电极，可以促进甲酸的合成。
甲酸合成所需的三个元素是什么？
电子的，
氢离子
二氧化碳
新的电池结构和电极可以快速，不间断地向电极的整个表面提供三个元素。
导致：
实际尺寸为36平方厘米，在同类产品中，它实现了7.2％的世界最高转换效率。
未来使用领域：
丰田中央研发实验室将来将收集工厂排放的二氧化碳。
通过这种人工光合作用，我们旨在实现一个资源循环利用的系统。
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https://car.watch.impress.co.jp/docs/news/1320520.html
A large-sized cell for solar-driven CO2 conversion with a solar-to-formate conversion efficiency of 7.2%
February 2021Joule 5(3) DOI:10.1016/j.joule.2021.01.002
Project: CO2 conversion to useful organic chemicals
Authors: Toyota Central R & D Labs., Inc
Naohiko Kato Shintaro Mizuno. Masahito Shiozawa
Abstract
Solar-driven electrochemical (EC) reduction of CO2 to fuel using photovoltaic (PV) cells
is a promising CO2 recycling technology. However, the scale-up of EC reactors lowers the solar-to-chemical conversion efficiency (ηSTC) due to the large electric resistance of the electrode catalysts and an insufficient supply of reactants.
We designed a large-sized cell to convert CO2 to formate.
It consists of five stacked electrodes (electrically parallel connected) and six series-connected single-crystalline Si PV cells (area ∼1,000 cm²).
Low-resistivity anodes loaded with IrOx and cathodes loaded with Ru complex polymer on carbon support operate without a membrane between them at a low voltage of 1.85 V.
They generate a reaction current of 6.30 A, owing to the homogeneous flow of the CO2-dissolved electrolyte to achieve a sufficient CO2 supply and a good match between the PV and EC performances.
The cell yields a conversion efficiency of 7.2% and the high production rate of 93.5 mmol/h.
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