大阪都會大學的研究人員開發出一種新的人工光合作用系統，能夠更穩定地產生太陽能燃料，同時無需電池式的控制設備。這項進展是將一個能自我調節的化學組件直接整合到電解槽中，從而降低了系統的複雜性和成本。
如同植物的自然光合作用，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。其中一種產物是甲酸，這種化學物質可用作燃料和儲存能量的方式。
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力轉化為化學能。然後，這些能量以甲酸等燃料的形式儲存起來。
維持高效運作，尤其是在陽光強度隨一天變化時，是一大挑戰。為了解決這個問題，許多人工光合作用系統採用最大功率點追蹤（MPPT）技術，這是一種持續調整電壓和電流的方法，以確保太陽能電池能輸出最高的功率。
然而，傳統的 MPPT 設置通常依賴電池和其他電子元件來平滑能量流。雖然有效，但這些額外的組件增加了成本和系統的複雜性。
自我調節電解槽省去電池
為了克服這個限制，由大阪都會大學人工光合作用研究中心副教授松原康夫（Yasuo Matsubara）和教授天尾豊（Yutaka Amao）領導的團隊與 Iida Group Holdings Co., Ltd 合作，重新設計了電解槽本身。
他們的方法是將一個特別設計的固體電解質直接內建於裝置中。因此，電解槽能夠自行執行 MPPT 功能，無需電池式的控制系統。
該裝置不依賴外部電子設備、轉換器或電池，而是透過其自身的熱學和阻抗特性來調整其電氣特性。
「隨著陽光增強，電解槽會自然加熱。系統的設計使得這種加熱會降低電阻，讓電流更自由地流動，」天尾教授解釋道。「這使得系統能夠自動調整其電氣行為。」
他補充說：「這種自我調節的行為有助於全天保持更穩定的燃料生產，並實現系統自動化，同時減少對電池和昂貴外部組件的依賴。」
實際陽光下穩定的甲酸生產
研究人員在實際戶外條件下測試該技術時，即使在陽光強度波動的情況下，該系統也能持續地從水和二氧化碳中生產甲酸。
松原教授表示：「我們有信心它會成功，因為我們先前在 2025 年大阪關西世博會的『Iida Group × 大阪都會大學聯合展館』展覽中展示了這項研究。它成功產生了足夠的甲酸來為展館內的一個微型模型提供動力，顯示了其作為高效人工光合作用系統的潛力，未來可能用於為我們家中的應用程式充電。」
研究結果發表於 EES Solar 期刊。
