Կանաչ ջրածնի տեխնոլոգիայի նոր ստանդարտ, որը սահմանվել է Ռայսի համալսարանի ինժեներների կողմից:
Ռայսի համալսարանի ինժեներները կարող են դիմել արևի լույսը վերածվում է ջրածնի ռեկորդային արդյունավետությամբ՝ շնորհիվ սարքի, որը համատեղում է հաջորդ սերունդը հալոգենային պերովսկիտ կիսահաղորդիչներ* հետ էլեկտրակատալիզատորներ մեկ, դիմացկուն, ծախսարդյունավետ և մասշտաբային սարքում:
Ըստ ուսումնասիրությունը Nature Communications-ում հրապարակված սարքը հասել է արևից ջրածնի փոխակերպման 20.8% արդյունավետության:
Նոր տեխնոլոգիան զգալի առաջընթաց է մաքուր էներգիայի համար և կարող է հարթակ ծառայել քիմիական ռեակցիաների լայն շրջանակի համար, որոնք օգտագործում են արևից ստացված էլեկտրաէներգիան՝ փոխակերպելու համար: հումք վառելիքների մեջ։
Քիմիական և կենսամոլեկուլային ինժեների լաբորատորիա Ադիտյա Մոհիտե կառուցել է ինտեգրված ֆոտոռեակտորը՝ օգտագործելով հակակոռոզիոն պատնեշ, որը մեկուսացնում է կիսահաղորդիչը ջրից՝ չխանգարելով էլեկտրոնների փոխանցմանը:
«Արևի լույսը որպես էներգիայի աղբյուր քիմիական նյութեր արտադրելու համար մաքուր էներգիայի տնտեսության ամենամեծ խոչընդոտներից մեկն է», - ասում է Օսթին Ֆեհրը՝ քիմիական և կենսամոլեկուլային ճարտարագիտության դոկտորանտ և հետազոտության առաջատար հեղինակներից մեկը:
«Մեր նպատակն է կառուցել տնտեսապես իրագործելի հարթակներ, որոնք կարող են արտադրել արևային վառելիք: Այստեղ մենք նախագծեցինք մի համակարգ, որը կլանում է լույսը և ավարտում է էլեկտրաքիմիականությունը ջրի պառակտման քիմիա նրա մակերեսին»։
Սարքը հայտնի է որպես ֆոտոէլեկտրաքիմիական բջիջ, քանի որ լույսի կլանումը, դրա վերածումը էլեկտրականության և էլեկտրաէներգիայի օգտագործումը քիմիական ռեակցիան սնուցելու համար տեղի են ունենում միևնույն սարքում: Մինչ այժմ կանաչ ջրածնի արտադրության համար ֆոտոէլեկտրաքիմիական տեխնոլոգիայի կիրառումը խոչընդոտում էր ցածր արդյունավետությունը և կիսահաղորդիչների բարձր արժեքը:
«Այս տեսակի բոլոր սարքերն արտադրում են կանաչ ջրածին՝ օգտագործելով միայն արևի լույսը և ջուրը, բայց մերը բացառիկ է, քանի որ այն ունի ռեկորդային արդյունավետություն և օգտագործում է կիսահաղորդիչ, որը շատ էժան է», - ասաց Ֆեհրը:
The Մոհիտի լաբորատորիա և նրա գործընկերները սարքը ստեղծել են՝ շրջելով իրենց բարձր մրցունակ արևային մարտկոց ռեակտորի մեջ, որը կարող է օգտագործել հավաքված էներգիան ջուրը թթվածնի և ջրածնի բաժանելու համար:
Խնդիրը, որին նրանք պետք է հաղթահարեին, այն էր, որ հալոգենիդային պերովսկիտները* չափազանց անկայուն են ջրի մեջ, և կիսահաղորդիչների մեկուսացման համար օգտագործվող ծածկույթները կամ խանգարում էին դրանց գործառույթին կամ վնասում դրանք:
«Վերջին երկու տարիների ընթացքում մենք հետ ու առաջ ենք փորձել տարբեր նյութեր և տեխնիկա», - ասաց Մայքլ ՎոնգՌայսի քիմիական ինժեներ և հետազոտության համահեղինակ:
Այն բանից հետո, երբ երկար փորձարկումները չկարողացան տալ ցանկալի արդյունք, հետազոտողները վերջապես գտան հաղթական լուծում:
«Մեր հիմնական պատկերացումն այն էր, որ ձեզ հարկավոր էր երկու շերտ պատնեշի համար, մեկը՝ ջուրը փակելու համար, իսկ մեկը՝ լավ էլեկտրական շփում պերովսկիտի շերտերի և պաշտպանիչ շերտի միջև», - ասաց Ֆեհրը:
«Մեր արդյունքներն ամենաբարձր արդյունավետությունն են առանց արեգակնային կոնցենտրացիայի ֆոտոէլեկտրաքիմիական բջիջների համար, և ընդհանուր առմամբ լավագույնը նրանց համար, ովքեր օգտագործում են հալոգենային պերովսկիտ կիսահաղորդիչներ:
«Դա առաջինն է մի դաշտի համար, որը պատմականորեն գերիշխում է արգելող թանկարժեք կիսահաղորդիչների կողմից, և կարող է առաջին անգամ ներկայացնել այս տեսակի սարքերի առևտրային իրագործելիության ուղին», - ասաց Ֆեհրը:
Հետազոտողները ցույց տվեցին, որ իրենց պատնեշի դիզայնն աշխատում է տարբեր ռեակցիաների և տարբեր կիսահաղորդիչների հետ, ինչը կիրառելի է դարձնում բազմաթիվ համակարգերում:
«Մենք հուսով ենք, որ նման համակարգերը կծառայեն որպես հարթակ էլեկտրոնների լայն տեսականիով դեպի վառելիք ձևավորող ռեակցիաներ մղելու համար՝ օգտագործելով առատ հումք՝ միայն արևի լույսով որպես էներգիայի ներդրում», - ասաց Մոհիտը:
«Կայունության և մասշտաբի հետագա բարելավմամբ՝ այս տեխնոլոգիան կարող է բացել ջրածնի տնտեսությունը և փոխել մարդկանց՝ հանածո վառելիքից արևային վառելիք արտադրելու եղանակը», - ավելացրեց Ֆեհրը:
Պերովսկիտ – Այս հանքանյութն ունի ավելի բարձր հաղորդունակություն, քան սիլիցիումը և ավելի քիչ փխրուն է: Այն նաև շատ ավելի առատ է Երկրի վրա: Վերջին տասնամյակի ընթացքում զգալի ջանքերը հանգեցրել են տպավորիչ զարգացումների, սակայն դրա ընդունումը ապագա օպտոէլեկտրոնիկայի ոլորտում մնում է մարտահրավեր:
Պերովսկիտային ֆոտովոլտային բջիջները դեռևս անկայուն են և ենթարկվում են վաղաժամ ծերացման: Ավելին, դրանք պարունակում են կապար՝ նյութ, որը շատ վնասակար է շրջակա միջավայրի և մարդու առողջության համար։ Այս պատճառներով վահանակները չեն կարող շուկայահանվել:
Հալոգենացված հիբրիդային պերովսկիտներ կիսահաղորդչային նյութերի դաս են, որոնք վերջին տարիներին եղել են հատուկ հետազոտությունների կիզակետ՝ իրենց ուշագրավ ֆոտոէլեկտրական հատկությունների և ֆոտոգալվանային համակարգերում դրանց կիրառության համար:
