राइस यूनिवर्सिटी के इंजीनियरों द्वारा हरित हाइड्रोजन प्रौद्योगिकी के लिए नया मानक स्थापित किया गया।
राइस यूनिवर्सिटी के इंजीनियर बदल सकते हैं सूर्य के प्रकाश को हाइड्रोजन में अगली पीढ़ी को संयोजित करने वाले उपकरण की बदौलत रिकॉर्ड-तोड़ दक्षता के साथ हैलाइड पेरोव्स्काइट अर्धचालक* साथ में विद्युत उत्प्रेरक एक एकल, टिकाऊ, लागत प्रभावी और स्केलेबल डिवाइस में।
के अनुसार एक खोज नेचर कम्युनिकेशंस में प्रकाशित, डिवाइस ने 20.8% सौर-से-हाइड्रोजन रूपांतरण दक्षता हासिल की।
नई तकनीक स्वच्छ ऊर्जा के लिए एक महत्वपूर्ण कदम है और यह रासायनिक प्रतिक्रियाओं की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए एक मंच के रूप में काम कर सकती है जो परिवर्तित करने के लिए सौर ऊर्जा से प्राप्त बिजली का उपयोग करती है। कच्चे माल ईंधन में.
रासायनिक और जैव-आणविक इंजीनियर की प्रयोगशाला आदित्य मोहिते एक एंटीकोर्सोशन बैरियर का उपयोग करके एकीकृत फोटोरिएक्टर का निर्माण किया गया जो इलेक्ट्रॉनों के हस्तांतरण को बाधित किए बिना अर्धचालक को पानी से अलग करता है।
रसायन और जैव-आणविक इंजीनियरिंग डॉक्टरेट छात्र और अध्ययन के प्रमुख लेखकों में से एक, ऑस्टिन फेहर ने कहा, "रसायनों के निर्माण के लिए ऊर्जा स्रोत के रूप में सूरज की रोशनी का उपयोग स्वच्छ ऊर्जा अर्थव्यवस्था के लिए सबसे बड़ी बाधाओं में से एक है।"
“हमारा लक्ष्य आर्थिक रूप से व्यवहार्य प्लेटफ़ॉर्म बनाना है जो सौर-व्युत्पन्न ईंधन उत्पन्न कर सके। यहां, हमने एक ऐसी प्रणाली डिज़ाइन की है जो प्रकाश को अवशोषित करती है और इलेक्ट्रोकेमिकल पूरा करती है जल-विभाजन रसायन इसकी सतह पर।"
डिवाइस को फोटोइलेक्ट्रोकेमिकल सेल के रूप में जाना जाता है क्योंकि प्रकाश का अवशोषण, बिजली में इसका रूपांतरण और रासायनिक प्रतिक्रिया को शक्ति देने के लिए बिजली का उपयोग सभी एक ही डिवाइस में होता है। अब तक, हरित हाइड्रोजन का उत्पादन करने के लिए फोटोइलेक्ट्रोकेमिकल तकनीक का उपयोग कम दक्षता और अर्धचालकों की उच्च लागत के कारण बाधित हो रहा था।
फेहर ने कहा, "इस प्रकार के सभी उपकरण केवल सूर्य के प्रकाश और पानी का उपयोग करके हरित हाइड्रोजन का उत्पादन करते हैं, लेकिन हमारा उपकरण असाधारण है क्योंकि इसमें रिकॉर्ड-तोड़ दक्षता है और यह एक अर्धचालक का उपयोग करता है जो बहुत सस्ता है।"
RSI मोहिते लैब और उसके सहयोगियों ने उन्हें घुमाकर उपकरण बनाया अत्यधिक प्रतिस्पर्धी सौर सेल एक रिएक्टर में जो पानी को ऑक्सीजन और हाइड्रोजन में विभाजित करने के लिए एकत्रित ऊर्जा का उपयोग कर सकता है।
उन्हें जिस चुनौती से पार पाना था वह यह थी कि हैलाइड पेरोव्स्काइट* पानी में बेहद अस्थिर होते हैं और अर्धचालकों को इन्सुलेट करने के लिए उपयोग की जाने वाली कोटिंग्स या तो उनके कार्य को बाधित कर देती हैं या उन्हें नुकसान पहुँचाती हैं।
"पिछले दो वर्षों में, हम विभिन्न सामग्रियों और तकनीकों को आज़माते रहे हैं," कहा माइकल वोंग, एक राइस केमिकल इंजीनियर और अध्ययन के सह-लेखक।
लंबे परीक्षणों के वांछित परिणाम प्राप्त करने में विफल रहने के बाद, शोधकर्ताओं को अंततः एक विजयी समाधान मिला।
"हमारी मुख्य अंतर्दृष्टि यह थी कि आपको बाधा के लिए दो परतों की आवश्यकता है, एक पानी को अवरुद्ध करने के लिए और एक पेरोव्स्काइट परतों और सुरक्षात्मक परत के बीच अच्छा विद्युत संपर्क बनाने के लिए," फेहर ने कहा।
“हमारे परिणाम सौर सांद्रता के बिना फोटोइलेक्ट्रोकेमिकल कोशिकाओं के लिए उच्चतम दक्षता हैं, और हैलाइड पेरोव्स्काइट सेमीकंडक्टर्स का उपयोग करने वालों के लिए समग्र रूप से सर्वोत्तम हैं।
फेहर ने कहा, "यह उस क्षेत्र में पहली बार है जहां ऐतिहासिक रूप से अत्यधिक महंगे अर्धचालकों का वर्चस्व रहा है, और यह पहली बार इस प्रकार के उपकरण के लिए व्यावसायिक व्यवहार्यता का मार्ग प्रस्तुत कर सकता है।"
शोधकर्ताओं ने दिखाया कि उनका बैरियर डिज़ाइन विभिन्न प्रतिक्रियाओं और विभिन्न अर्धचालकों के साथ काम करता है, जिससे यह कई प्रणालियों पर लागू होता है।
मोहिते ने कहा, "हमें उम्मीद है कि ऐसी प्रणालियाँ ऊर्जा इनपुट के रूप में केवल सूर्य के प्रकाश के साथ प्रचुर मात्रा में फीडस्टॉक का उपयोग करके ईंधन बनाने वाली प्रतिक्रियाओं के लिए इलेक्ट्रॉनों की एक विस्तृत श्रृंखला को चलाने के लिए एक मंच के रूप में काम करेंगी।"
फेहर ने कहा, "स्थिरता और पैमाने में और सुधार के साथ, यह तकनीक हाइड्रोजन अर्थव्यवस्था को खोल सकती है और मनुष्यों द्वारा जीवाश्म ईंधन से सौर ईंधन तक चीजें बनाने के तरीके को बदल सकती है।"
पेरोव्स्काइट - इस खनिज में सिलिकॉन की तुलना में अधिक चालकता होती है और यह कम नाजुक होता है। यह पृथ्वी पर भी बहुत अधिक प्रचुर मात्रा में है। पिछले दशक में, काफी प्रयासों से शानदार विकास हुआ है, लेकिन भविष्य में ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स में इसे अपनाना एक चुनौती बनी हुई है।
पेरोव्स्काइट फोटोवोल्टिक कोशिकाएं अभी भी अस्थिर हैं और समय से पहले पुरानी हो जाती हैं। और तो और, उनमें सीसा होता है, एक ऐसा पदार्थ जो पर्यावरण और मानव स्वास्थ्य के लिए बहुत हानिकारक है। इन कारणों से, पैनलों का विपणन नहीं किया जा सकता है।
हैलोजेनेटेड हाइब्रिड पेरोव्स्काइट्स अर्धचालक सामग्रियों का एक वर्ग है जो हाल के वर्षों में अपने उल्लेखनीय फोटोइलेक्ट्रिक गुणों और फोटोवोल्टिक प्रणालियों में उनके अनुप्रयोगों के लिए विशेष अनुसंधान का केंद्र रहा है।
