与植物中的自然光合作用一样，人工光合作用利用阳光将水和二氧化碳转化为富能化合物。其中一种产物是甲酸，这种化学物质既可用作燃料，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，它将来自太阳能电池的电能转化为化学能。这些能量随后以甲酸等燃料的形式储存起来。
一个主要挑战是在全天阳光变化时保持高效运行。为了解决这个问题，许多人工光合作用系统采用最大功率点跟踪（MPPT），这是一种持续调整电压和电流的方法，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滑能量流。虽然有效，但这些附加组件增加了成本和系统复杂性。
自调节电解槽免去电池需求
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生副教授和天尾丰教授领导的团队与饭田集团控股株式会社合作，重新设计了电解槽本身。
他们的方法使用一种专门设计的、直接内置在装置中的固体电解质。结果，电解槽可以自动执行MPPT功能，从而不再需要基于电池的控制系统。
电解槽不再依赖外部电子设备、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特性。
“随着阳光增强，电解槽自然会升温。该系统的设计使得这种升温导致电阻下降，从而允许电流更自由地流动，”天尾教授解释说。“这使系统能够自动调节其电气行为。”
“这种自调节行为有助于在全天保持燃料生产更加稳定，并实现系统自动化，同时减少对电池和昂贵外部组件的依赖，”他补充道。
真实阳光下的稳定甲酸生产
当研究人员在实际户外条件下测试该技术时，即使阳光强度波动，系统也能持续利用水和二氧化碳生产甲酸。
“我们确信它会成功，因为我们此前已在2025年大阪关西世博会的‘饭田集团×大阪公立大学联合馆’展览中展示了这项研究，”松原教授说。“它成功产生了足够的甲酸为展馆内的微缩模型供电，展示了其作为高效人工光合作用系统的潜力，未来可能用于为家庭应用充电。”
研究结果发表在《EES Solar》上。