光合太阳能电池的建模与仿真

摘要： 太阳能作为一种清洁、丰富且经济能源的潜力，可通过转化为电能得到有效利用。光合作用太阳能电池(PSCs)通过植物细胞的光合作用和呼吸作用将阳光转化为电能。这些过程可被中断，从而在质子交换膜燃料电池系统中为质子和电子转移提供更低阻抗的路径。PSCs无需有机燃料、不需主动供料系统，且能昼夜不间断地产生碳中性电力。本文描述并建模了阳极室内产生电子和质子的光合机制，还模拟了包含植物细胞、糖类、还原剂和催化剂等在内的阳极室与阴极室中各类物质浓度随时间的变化函数，用以模拟燃料电池的跨膜电势。文中阐述了通过外电路的电子流动情况，并对质子、反应物与产物在电解质中的非理想迁移阻力导致的电池电压损耗等效应进行了建模，同时化学反活化所需的激活能也会造成电压下降。通过建立各物质的微分方程来模型化这些动态过程，该模型可用于预测不同条件下PSC系统的运行特性。