大阪都立大學的研究人員創建了一種新的人工光合作用系統，透過消除對基於電池的控制設備的需求，可以更一致地產生太陽能燃料。這項突破來自於將自調節化學成分直接整合到電解槽中，從而降低了系統複雜性和成本。
與天然植物光合作用一樣，人工光合作用利用陽光將水和二氧化碳轉化為富含能量的化合物。其中一種產品是甲酸，一種可用作燃料和儲存能量的化學物質。
人工光合作用如何產生太陽能燃料
這些系統的核心是電解槽，它將太陽能電池產生的電能轉換為化學能。這種能量以燃料（例如甲酸）的形式儲存。
一個主要挑戰是在陽光全天變化時保持高效運作。為了解決這個問題，許多人工光合作用系統使用最大功率點追蹤（MPPT），這種方法可以不斷調整電壓和電流，以便太陽能電池提供最大可能的功率。
然而，傳統的 MPPT 配置通常依賴電池和額外的電子元件來平滑功率流。這些添加雖然有效，但會增加成本和系統複雜性。
自調節電解槽可去除電池
為了克服這項限制，由大阪都立大學人工光合作用研究中心的松原康夫副教授和天尾豐教授領導的團隊與飯田集團控股有限公司合作，重新設計了電解槽本身。
他們的方法使用專門設計的固體電解質直接插入設備中。因此，電解槽可以自行自動執行 MPPT 功能，無需基於電池的控制系統。
電解槽不依賴外部電子設備、轉換器或電池，而是透過其熱和阻抗特性來調整其電氣特性。
「隨著陽光的增加，電解槽會自然升溫。這種加熱的目的是為了降低電阻，使電流更自由地流動，」阿毛教授解釋。 “這使得系統能夠自動調整其電氣行為。”
「這種自我調節行為有助於保持燃料生產全天更加穩定，並使系統自動化，同時減少對電池和昂貴的外部組件的依賴，」他補充道。
真實陽光下穩定產甲酸
當研究人員在真實的室外條件下測試該技術時，儘管陽光水平存在波動，但該系統仍不斷地從水和二氧化碳中產生甲酸。
松原教授表示：「我們確信它會取得成功，我們之前在 2025 年大阪關西世博會的『聯合館飯田集團 × 大阪都立大學』展覽上展示了這項研究。」「它成功地產生了足夠的甲酸，為展館中的微型立體模型提供動力，展示了其作為高效人工光合作用系統的潛力，可用於我們的家庭應用動力為我們的家庭應用動力。」
研究結果發表於 EES太陽。
