科学家开发了一种基本实现自我调节的人工光合作用系统，免除了许多现有设计中对电池的需求。其关键创新在于一种电解槽，它能够在升温时通过改变自身的电学性质，自动适应阳光的变化。这使得太阳能燃料的生产更加稳定，同时降低了成本和复杂性。
与植物的自然光合作用类似，人工光合作用利用阳光将水和二氧化碳转化为富含能量的化合物。甲酸便是其中一种产物，这种化学物质既可作为燃料，也是一种储能方式。
人工光合作用如何生产太阳能燃料
这些系统的核心是电解槽，它将太阳能电池产生的电力转化为化学能。随后，这些能量以甲酸等燃料的形式储存起来。
一个主要挑战在于如何在全天日照变化的情况下保持高效运行。为解决这一问题，许多人工光合作用系统采用最大功率点跟踪（MPPT）技术，该方法通过持续调节电压和电流，使太阳能电池能够输出尽可能高的功率。
然而，传统的MPPT装置通常依赖电池和额外的电子元件来平抑能量波动。虽然行之有效，但这些额外组件增加了成本和系统的复杂性。
自调节电解槽无需电池
为了克服这一局限，大阪公立大学人工光合作用研究中心的松原康夫副教授和天尾丰教授领导的团队与Iida Group Holdings株式会社合作，对电解槽本身进行了重新设计。
他们的方法采用了一种直接内置在设备中的特制固体电解质。因此，电解槽能够自动执行MPPT功能，从而无需基于电池的控制系统。
该电解槽不依赖外部电子设备、转换器或电池，而是通过自身的热特性和阻抗特性来调节其电气性能。
天尾教授解释道：“随着光照增强，电解槽会自然升温。该系统的设计使得升温导致电阻下降，从而允许电流更顺畅地流动。这使系统能够自动调节其电气行为。”
他补充道：“这种自调节行为有助于在全天保持燃料生产的稳定性，实现了系统自动化，同时减少了对电池和昂贵外部组件的依赖。”
自然光照条件下稳定的甲酸生产
当研究人员在实际户外条件下测试该技术时，即使光照强度波动，该系统仍能持续利用水和二氧化碳（CO2）生成甲酸。
松原教授表示：“我们确信它会成功，因为此前我们已在2025年大阪·关西世博会的‘Iida Group × 大阪公立大学联合展馆’展览上展示了这项研究。它成功生成了足够的甲酸为展馆内的微缩景观模型供电，展示了其作为高效人工光合作用系统的潜力，未来有望用于为家庭应用供电。”
该研究成果发表在《EES Solar》期刊上。