電解水與長期太空旅行

近幾來，人們致力於把人們送上火星、甚至殖民火星，而不只是火星，我們也逐漸發現，周遭也有很多適居天體，但以目前的科技光是從地球航向火星（僅距離地球約5光分）就要數月，更別說是其他好幾光年以外的天體了。

太空旅行

這個讓科學家煩惱了許久的問題，現在可能有解了！此次的大功臣就是太陽能與電解水。無法達成這類長期太空旅行，最難以解決的問題有兩個──太空人賴以為生的氧氣、供應太空船前進的燃料──不足；這兩樣資源都是從地球運進太空船中，但太空船有其容量限制，太空中的補充速率也比不上消耗速率，因此，資源的最大儲存量注定了太空船能夠航行的最遠居距離。

國際太空站的氮氧儲藏槽

首先，我們先來看看電解是什麼？電解質是溶於水或在熔融態下，能夠產生自由離子進而導電的化合物；當電解質熔化或溶於水後，如果通以直流電，在電解池的兩極均會產生化學反應，生成產物。如下圖，插入電解質中的碳棒或鉑棒為電極，電子由電池負極出發，經過導線進入右側電極，使其帶負電（得到電子行還原反應），吸引正離子靠近，為陰極；而左側電極將電子經導線傳給電池正極，使其帶正電（失去電子行氧化反應），吸引負離子靠近，為陽極。如此便產生了電流迴路。電解水(H2O)能夠產生氫氣(H2)與氧氣(O2)，其中氫氣能夠提供推進太空船的燃料、氧氣提供太空人生存。

電解

那麼作為電池提供能量來電解水的角色，又是誰呢？
那就是另一位大功臣──太陽能。科學家結合光觸媒和半導體，當光照射到光觸媒時，光觸媒提供將光能轉換成化學能，提供給半導體內部的電子足夠的能量，變成不受束縛的自由電子。當自由電子離開原先的位置後，就可以在半導體內部形成類似電池的供電功能。如下圖，左側被激發的自由電子會尋找帶正電的電洞，因此會經過導線，抵達右側與電洞結合，於是便形成迴路。

二極體被激發電子進入二極體

但是，這項技術目前遇到一個問題。在地球上，生成的氫氣與氧氣會在水裡形成泡泡，在重力的影響下，氣體很容易與液體分離，氣泡衝出水面；而在無重力環境下，氫氣與氧氣形成的泡泡，卻會在電極周圍形成泡沫，無法和水分離。這樣不但使得氫氣與氧氣無法被妥善收集，電極周圍的泡沫還會讓電極的導電效果變差（離子需要更大的能量才能穿越泡沫形成的障壁、靠近電極）。要解決這個麻煩，只能利用太空船旋轉時的向心力了，向心力可以製造類似重力的效果，讓氣體與液體像是在地球表面一樣，容易分離