Novo estándar para a tecnoloxía de hidróxeno verde establecido polos enxeñeiros da Rice University.
Os enxeñeiros da Universidade de Rice poden virar luz solar en hidróxeno cunha eficiencia récord grazas a un dispositivo que combina a nova xeración semicondutores de perovskita de haluro* con electrocatalizadores nun único dispositivo duradeiro, rendible e escalable.
Dacordo con un estudo publicado en Nature Communications, o dispositivo alcanzou unha eficiencia de conversión solar a hidróxeno do 20.8%.
A nova tecnoloxía supón un importante paso adiante para a enerxía limpa e podería servir como plataforma para unha ampla gama de reaccións químicas que usan electricidade captada polo sol para converter materias primas en combustibles.
O laboratorio de enxeñeiro químico e biomolecular Aditya Mohite construíu o fotorreactor integrado utilizando unha barreira anticorrosiva que illa o semicondutor da auga sen impedir a transferencia de electróns.
"Usar a luz solar como fonte de enerxía para fabricar produtos químicos é un dos maiores obstáculos para unha economía de enerxía limpa", dixo Austin Fehr, estudante de doutoramento en enxeñaría química e biomolecular e un dos autores principais do estudo.
“O noso obxectivo é construír plataformas economicamente viables que poidan xerar combustibles derivados da enerxía solar. Aquí, deseñamos un sistema que absorbe a luz e completa electroquímica química de división da auga na súa superficie”.
O dispositivo coñécese como célula fotoelectroquímica porque a absorción da luz, a súa conversión en electricidade e o uso da electricidade para alimentar unha reacción química ocorren no mesmo dispositivo. Ata agora, o uso da tecnoloxía fotoelectroquímica para producir hidróxeno verde estaba obstaculizado polas baixas eficiencias e o alto custo dos semicondutores.
"Todos os dispositivos deste tipo producen hidróxeno verde usando só luz solar e auga, pero o noso é excepcional porque ten unha eficiencia récord e usa un semicondutor moi barato", dixo Fehr.
o Laboratorio Mohite e os seus colaboradores crearon o dispositivo xirando o seu célula solar altamente competitiva nun reactor que podería utilizar a enerxía recollida para dividir a auga en osíxeno e hidróxeno.
O reto que tiveron que superar foi que as perovskitas de haluro* son extremadamente inestables na auga e os revestimentos utilizados para illar os semicondutores acabaron interrompendo a súa función ou danándoos.
"Nos últimos dous anos, fomos de ida e volta probando diferentes materiais e técnicas", dixo Michael Wong, enxeñeiro químico de Rice e coautor do estudo.
Despois de longos ensaios que non conseguiron o resultado desexado, os investigadores finalmente atoparon unha solución gañadora.
"A nosa idea clave foi que necesitaba dúas capas para a barreira, unha para bloquear a auga e outra para facer un bo contacto eléctrico entre as capas de perovskita e a capa protectora", dixo Fehr.
"Os nosos resultados son a maior eficiencia para as células fotoelectroquímicas sen concentración solar, e o mellor en xeral para aqueles que usan semicondutores de perovskita de haluro.
"É a primeira vez para un campo que historicamente estivo dominado por semicondutores prohibitivamente caros e pode representar por primeira vez un camiño cara á viabilidade comercial deste tipo de dispositivos", dixo Fehr.
Os investigadores demostraron que o seu deseño de barreira funcionaba para diferentes reaccións e con diferentes semicondutores, o que o facía aplicable en moitos sistemas.
"Esperamos que estes sistemas sirvan como plataforma para conducir unha ampla gama de electróns a reaccións de formación de combustible utilizando abundantes materias primas con só a luz solar como aporte de enerxía", dixo Mohite.
"Con máis melloras na estabilidade e escala, esta tecnoloxía podería abrir a economía do hidróxeno e cambiar a forma en que os humanos fabrican cousas desde combustible fósil ata combustible solar", engadiu Fehr.
Perovskita – Este mineral ten unha condutividade maior que o silicio e é menos fráxil. Tamén é moito máis abundante na Terra. Durante a última década, esforzos considerables levaron a desenvolvementos espectaculares, pero a súa adopción na optoelectrónica do futuro segue sendo un reto.
As células fotovoltaicas de perovskita aínda son inestables e sofren un envellecemento prematuro. Ademais, conteñen chumbo, un material moi prexudicial para o medio ambiente e a saúde humana. Por estes motivos, os paneis non se poden comercializar.
Perovskitas híbridas haloxenadas son unha clase de materiais semicondutores que foron o foco de investigación particular nos últimos anos polas súas notables propiedades fotoeléctricas e as súas aplicacións en sistemas fotovoltaicos.
