Nuwe standaard vir groen waterstof tegnologie gestel deur Rice Universiteit ingenieurs.
Rice Universiteit se ingenieurs kan draai sonlig in waterstof met rekord-doeltreffendheid danksy 'n toestel wat die volgende generasie kombineer halied perovskiet halfgeleiers* met elektrokatalisators in 'n enkele, duursame, koste-effektiewe en skaalbare toestel.
Volgens 'n studie gepubliseer in Nature Communications, het die toestel 'n 20.8% son-na-waterstof-omskakelingsdoeltreffendheid behaal.
Die nuwe tegnologie is 'n belangrike stap vorentoe vir skoon energie en kan dien as 'n platform vir 'n wye reeks chemiese reaksies wat sonkrag-geoes elektrisiteit gebruik om om te skakel grondstowwe in brandstof.
Die laboratorium van chemiese en biomolekulêre ingenieur Aditya Mohite het die geïntegreerde fotoreaktor gebou deur 'n korrosieversperring te gebruik wat die halfgeleier van water isoleer sonder om die oordrag van elektrone te belemmer.
"Die gebruik van sonlig as 'n energiebron om chemikalieë te vervaardig is een van die grootste struikelblokke vir 'n skoon energie-ekonomie," sê Austin Fehr, 'n chemiese en biomolekulêre ingenieurswese doktorale student en een van die studie se hoofskrywers.
“Ons doelwit is om ekonomies haalbare platforms te bou wat sonkrag-afgeleide brandstof kan genereer. Hier het ons 'n stelsel ontwerp wat lig absorbeer en elektrochemies voltooi watersplitsende chemie op sy oppervlak.”
Die toestel staan bekend as 'n foto-elektrochemiese sel omdat die absorpsie van lig, die omskakeling daarvan in elektrisiteit en die gebruik van die elektrisiteit om 'n chemiese reaksie aan te dryf alles in dieselfde toestel plaasvind. Tot nou toe is die gebruik van foto-elektrochemiese tegnologie om groen waterstof te produseer belemmer deur lae doeltreffendheid en die hoë koste van halfgeleiers.
"Alle toestelle van hierdie tipe produseer groen waterstof deur slegs sonlig en water te gebruik, maar ons s'n is uitsonderlik omdat dit rekord-doeltreffendheid het en dit gebruik 'n halfgeleier wat baie goedkoop is," het Fehr gesê.
Die Mohite laboratorium en sy medewerkers het die toestel geskep deur hul hoogs mededingende sonsel in 'n reaktor wat geoesde energie kan gebruik om water in suurstof en waterstof te verdeel.
Die uitdaging wat hulle moes oorkom, was dat haliedperovskiete* uiters onstabiel in water is en bedekkings wat gebruik is om die halfgeleiers te isoleer het uiteindelik óf hul funksie ontwrig óf hulle beskadig.
"Oor die afgelope twee jaar het ons heen en weer verskillende materiale en tegnieke probeer," het gesê Michael Wong, 'n Rice chemiese ingenieur en mede-outeur van die studie.
Nadat lang proewe nie die gewenste resultaat opgelewer het nie, het die navorsers uiteindelik op 'n wenoplossing afgekom.
"Ons sleutelinsig was dat jy twee lae na die versperring benodig, een om die water te blokkeer en een om goeie elektriese kontak tussen die perovskietlae en die beskermende laag te maak," het Fehr gesê.
“Ons resultate is die hoogste doeltreffendheid vir foto-elektrochemiese selle sonder sonkonsentrasie, en die beste oor die algemeen vir diegene wat haliedperovskiet-halfgeleiers gebruik.
"Dit is 'n eerste vir 'n veld wat histories oorheers is deur onbetaalbaar duur halfgeleiers, en kan vir die eerste keer ooit 'n pad na kommersiële uitvoerbaarheid vir hierdie tipe toestel verteenwoordig," het Fehr gesê.
Die navorsers het gewys hul versperringsontwerp werk vir verskillende reaksies en met verskillende halfgeleiers, wat dit toepaslik maak oor baie stelsels.
"Ons hoop dat sulke stelsels sal dien as 'n platform om 'n wye reeks elektrone na brandstofvormende reaksies aan te dryf deur gebruik te maak van oorvloedige grondstowwe met net sonlig as die energie-insette," het Mohite gesê.
"Met verdere verbeterings aan stabiliteit en skaal, kan hierdie tegnologie die waterstofekonomie oopmaak en die manier verander waarop mense dinge van fossielbrandstof tot sonbrandstof maak," het Fehr bygevoeg.
Perovskiet – Hierdie mineraal het 'n hoër geleidingsvermoë as silikon en is minder broos. Dit is ook baie meer volop op aarde. Oor die afgelope dekade het aansienlike pogings tot skouspelagtige ontwikkelings gelei, maar die aanvaarding daarvan in toekomstige opto-elektronika bly 'n uitdaging.
Perovskiet fotovoltaïese selle is steeds onstabiel en ondergaan voortydige veroudering. Wat meer is, hulle bevat lood, 'n materiaal wat baie skadelik is vir die omgewing en menslike gesondheid. Om hierdie redes kan die panele nie bemark word nie.
Gehalogeneerde baster perovskiete is 'n klas halfgeleiermateriale wat die fokus van besondere navorsing in onlangse jare was vir hul merkwaardige foto-elektriese eienskappe en hul toepassings in fotovoltaïese stelsels.
