Rice'i ülikooli inseneride seatud uus standard rohelise vesiniku tehnoloogiale.
Rice'i ülikooli insenerid saavad pöörduda päikesevalgus vesinikuks rekordilise efektiivsusega tänu seadmele, mis ühendab endas järgmise põlvkonna halogeniidperovskiitpooljuhid* koos elektrokatalüsaatorid ühes, vastupidavas, kulutõhusas ja skaleeritavas seadmes.
Järgi uuringus avaldatud ajakirjas Nature Communications, saavutas seade 20.8% päikeseenergiast vesinikuks muundamise efektiivsuse.
Uus tehnoloogia on märkimisväärne samm edasi puhta energia vallas ja see võib olla platvormiks paljudele keemilistele reaktsioonidele, mille muundamiseks kasutatakse päikeseenergiast kogutud elektrit. lähteained kütustesse.
Keemia- ja biomolekulaarse inseneri labor Aditya Mohite ehitas integreeritud fotoreaktori, kasutades korrosioonitõket, mis isoleerib pooljuhi veest, takistamata elektronide ülekannet.
"Päikesevalguse kasutamine energiaallikana kemikaalide tootmiseks on üks suurimaid takistusi puhta energiamajanduse jaoks," ütles keemia- ja biomolekulaartehnika doktorant ja üks uuringu juhtivaid autoreid Austin Fehr.
"Meie eesmärk on ehitada majanduslikult otstarbekaid platvorme, mis suudavad toota päikeseenergiast saadud kütuseid. Siin kujundasime süsteemi, mis neelab valgust ja lõpetab elektrokeemilise protsessi vett lõhestav keemia selle pinnal."
Seade on tuntud kui fotoelektrokeemiline element, kuna valguse neeldumine, selle muundamine elektriks ja elektri kasutamine keemilise reaktsiooni käivitamiseks toimuvad kõik samas seadmes. Seni takistas fotoelektrokeemilise tehnoloogia kasutamist rohelise vesiniku tootmiseks madal kasutegur ja pooljuhtide kõrge hind.
"Kõik seda tüüpi seadmed toodavad rohelist vesinikku, kasutades ainult päikesevalgust ja vett, kuid meie oma on erakordne, kuna sellel on rekordiline efektiivsus ja see kasutab väga odavat pooljuhti," ütles Fehr.
. Mohite labor ja selle kaastöötajad lõid seadme enda ümber pöörates väga konkurentsivõimeline päikesepatarei reaktorisse, mis võiks kasutada kogutud energiat vee jagamiseks hapnikuks ja vesinikuks.
Väljakutse, mille nad pidid ületama, oli see, et halogeniidperovskiidid* on vees äärmiselt ebastabiilsed ja pooljuhtide isoleerimiseks kasutatud katted kas häirisid nende funktsiooni või kahjustasid neid.
"Viimase kahe aasta jooksul oleme edasi-tagasi proovinud erinevaid materjale ja tehnikaid," ütles Michael Wong, Rice'i keemiainsener ja uuringu kaasautor.
Pärast seda, kui pikad katsed ei andnud soovitud tulemust, leidsid teadlased lõpuks võiduka lahenduse.
"Meie peamine arusaam oli, et tõkkele on vaja kahte kihti, ühte vee blokeerimiseks ja teist, et luua hea elektriline kontakt perovskiitkihtide ja kaitsekihi vahel," ütles Fehr.
"Meie tulemused on kõrgeima efektiivsusega fotoelektrokeemiliste elementide puhul ilma päikeseenergia kontsentratsioonita ja parimad üldiselt nende jaoks, kes kasutavad halogeniidperovskiitpooljuhte.
"See on esimene valdkond, kus ajalooliselt on domineerinud ülemäära kallid pooljuhid, ja see võib esimest korda olla seda tüüpi seadmete kaubandusliku teostatavuse tee," ütles Fehr.
Teadlased näitasid, et nende barjääri disain töötas erinevate reaktsioonide ja erinevate pooljuhtide puhul, muutes selle rakendatavaks paljudes süsteemides.
"Loodame, et sellised süsteemid toimivad platvormina suure hulga elektronide juhtimiseks kütust moodustavatele reaktsioonidele, kasutades rikkalikke lähteaineid, mille energiasisendina on ainult päikesevalgus," ütles Mohite.
"Stabiilsuse ja ulatuse edasise parandamisega võib see tehnoloogia avada vesinikumajanduse ja muuta viisi, kuidas inimesed fossiilkütustest päikesekütuseks toodavad," lisas Fehr.
Perovskiit – Sellel mineraalil on suurem juhtivus kui ränil ja see on vähem habras. Samuti on seda Maal palju rohkem. Viimase kümnendi jooksul on tehtud märkimisväärseid jõupingutusi, mis on viinud tähelepanuväärse arenguni, kuid selle kasutuselevõtt tulevases optoelektroonikas on endiselt väljakutse.
Perovskiidist fotogalvaanilised elemendid on endiselt ebastabiilsed ja vananevad enneaegselt. Veelgi enam, need sisaldavad pliid, mis on keskkonnale ja inimeste tervisele väga kahjulik. Nendel põhjustel ei saa paneele turustada.
Halogeenitud hübriidperovskiidid on pooljuhtmaterjalide klass, mis on viimastel aastatel olnud eriliste uuringute keskmes nende märkimisväärsete fotoelektriliste omaduste ja nende rakenduste tõttu fotogalvaanilistes süsteemides.
