德國烏爾姆大學及耶拿大學的研究人員開發出一種新型共聚合物電池，該電池能夠將陽光儲存數天，並在需要時以綠色氫氣的形式釋放能量。這種電池可重充，充放電過程可通過改變 pH 值來啟動。隨著全球逐漸轉向使用可再生能源，許多國家正大規模採用太陽能和風能發電設施。然而，對於需要更高能量密度的應用來說，氫氣是一種更可行的替代方案。氫氣的燃燒過程與化石燃料相似，但其唯一的副產品是水，為能量密集型應用提供了一種無碳的解決方案。然而，氫氣的生產過程本身亦可能釋放碳。大規模的氫氣工廠通常使用甲烷重整來生產氫氣，因為這種方法具有成本效益。要使氫氣成為化石燃料的理想替代品，必須使用太陽能或風能進行生產，這被稱為綠色氫氣。
這種綠色氫氣可以通過光催化過程利用陽光生產。一旦產生氫氣，它需要在儲罐中分開儲存，並在需要時進行處理。然而，由烏爾姆大學的斯文·勞（Sven Rau）和耶拿大學的烏爾里希·舒伯特（Ulrich Schubert）領導的研究團隊決定使用共聚合物分子來實現這一目標。共聚合物是由不同有機單元組成的高分子，具有穩定的框架，並可以配備特定的功能單元。在這款太陽能電池中，研究人員選擇了一種水溶性共聚合物，並以增強的氧化還原活性作為其主要功能單元。在陽光照射下，該系統的充電效率可達 80%。一旦充電，系統可以保持其充電狀態數天。
為了提取能量，研究人員向系統中添加酸和氫氣產生催化劑，使儲存在系統中的電子與質子結合，從而釋放氫氣。在這裡，系統的效率再次很高，達到 72%。該基於共聚合物的系統具有完全可逆的氧化還原反應。因此，在電池放電後，可以將其放在陽光下重新充電，方便進行多次催化和儲存循環。這種光催化反應器用於光驅動產氫，藍色 LED 燈作為光化學過程的光源（照片來源：Elvira Eberhardt / 烏爾姆大學）。
要重置系統時，研究人員只需改變其 pH 值。pH 值不僅僅是一個開關；它還是聚合物充電狀態的指標。當放電時，酸的存在使顏色從紫色變為黃色；而當放在陽光下充電時，系統顏色又會從黃色變回紫色，顯示電池已經充電並可以在需要時釋放氫氣。釋放的氫氣可以用於各種應用，例如驅動電動汽車、製造鋼鐵或按需發電。
“這個項目在科學上也具有重要意義，因為它結合了化學領域中非常不同的概念，這些概念之間原本幾乎沒有接觸：即高分子聚合物化學和光催化，”勞在新聞稿中補充道。“這些結果為成本效益高、可擴展的太陽能儲存技術開辟了新的前景，並為實現可持續的化學基礎能源經濟提供了一個重要的基礎。”這項研究結果已發表在《Nature Communications》期刊上。
