开启绿色氢能量产新纪元：利用自然阳光实现高效制氢！

KIMM成功展示576 cm²超大面积光电极系统

韩国机械材料研究院（院长：柳锡铉，以下简称KIMM）隶属于国家科学技术研究会（会长：金永植），成功开发出一项可在自然阳光下稳定产生高光电流、从而高效制备氢气的先进技术。该技术通过简化以往复杂的多步骤制备流程，大幅缩短了制造时间，预计将加速太阳能驱动氢气制备技术的商业化进程。

由KIMM纳米融合制造研究本部纳米光刻与制造研究中心主任、首席研究员李智惠博士（Dr. Jihye Lee）领导的研究团队，开发出一项新技术，可显著提升BiVO₄（钒酸铋）光电极的生产效率，从而最大化氢气产率。BiVO₄是一种金属氧化物，因其优异的光吸收能力及较高的太阳能到氢能（STH）转换效率，被认为是太阳能分解水制氢系统的关键材料。

在此之前，BiVO₄前驱体溶液的浓度上限仅为100 mM，制备高性能薄膜需反复进行超过八次的旋涂和热处理工序，严重影响了制程效率并增加了材料消耗，导致生产率较低。

为克服这一瓶颈，研究团队通过优化乙酰丙酮、醋酸与二甲基亚砜（DMSO）的混合比例，成功制备出高浓度BiVO₄前驱体溶液。使用该溶液，仅需一次旋涂即可形成均匀且性能优异的BiVO₄薄膜，制备效率相比传统工艺提升了约5.9倍。

此外，团队成功制备出单块面积达144 cm²的大尺寸光电极，并将四块串联构建成576 cm²的超大面积光电极系统。值得一提的是，研究人员将该系统与硅太阳能电池并联后，仅依靠自然阳光即可实现氢气的稳定生成，无需外部电源支持。该系统在自然阳光下仍能产生稳定且高效的光电流，极大提高了绿色制氢技术的经济性与能效，显著增强了其商业化前景。

李智惠博士表示：“本研究通过开发高浓度BiVO₄前驱体溶液，在大面积光电极的制备效率与产能方面实现了重大突破。我们期待这一成果能为实现可持续能源转型与绿色氢气的商业化作出积极贡献。”

基于该项技术，研究团队已申请国内及PCT（专利合作条约）专利。研究成果已发表在英国皇家化学会旗下国际权威期刊 Journal of Materials Chemistry A（JCR一区，影响因子：10.7）上。

论文题目为：“Breakthrough in the large area photoanode fabrication process: high concentration precursor solution with solvent mixing and one step spin coating for high PEC performance of BiVO₄”（https://doi.org/10.1039/D4TA03349C）。

本研究得到KIMM基础研究项目（“面向超真实扩展现实设备的核心纳米制造技术开发”）、韩国中小企业与初创企业部（产学研平台合作R&D项目）以及韩国产业通商资源部（电子元件产业技术开发项目与产业技术炼金术项目）的资助支持。

翻译人：高丰言

来源：https://fuelcellsworks.com/2025/05/22/clean-energy/opening-the-door-to-mass-production-of-green-hydrogen-using-natural-sunlight