ライス大学のエンジニアによって設定されたグリーン水素技術の新しい標準。
ライス大学のエンジニアは転向できる 太陽光を水素に変える 次世代を組み合わせたデバイスにより、記録的な効率を実現 ハロゲン化物ペロブスカイト半導体*と 電極触媒 耐久性があり、コスト効率が高く、スケーラブルな単一のデバイスに組み込まれています。
による 調査 Nature Communications に発表された論文によれば、この装置は 20.8% の太陽光から水素への変換効率を達成しました。
この新技術はクリーンエネルギーの重要な前進であり、太陽光発電で得た電力を変換に使用する幅広い化学反応のプラットフォームとして機能する可能性がある。 原料 燃料に。
化学・生体分子工学者の研究室 アディティア・モヒテ 電子の移動を妨げずに半導体を水から隔離する防食バリアを使用して、統合型光反応器を構築しました。
「化学物質を製造するためのエネルギー源として太陽光を使用することは、クリーンエネルギー経済にとって最大の障害の一つです」と、化学・生体分子工学の博士課程の学生であり、研究の筆頭著者の一人であるオースティン・フェール氏は述べた。
「私たちの目標は、太陽光由来の燃料を生成できる経済的に実現可能なプラットフォームを構築することです。ここでは、光を吸収して電気化学を完成させるシステムを設計しました。 水分解化学 その表面には。」
このデバイスは、光の吸収、電気への変換、化学反応を起こすための電気の使用がすべて同じデバイス内で行われるため、光電気化学電池として知られています。これまで、光電気化学技術を使用してグリーン水素を生成することは、効率の低さと半導体の高コストによって妨げられていました。
「このタイプの装置はすべて太陽光と水だけを使ってグリーン水素を生成しますが、私たちの装置は記録破りの効率を持ち、非常に安価な半導体を使用しているため例外的です」とフェール氏は述べた。
モヒテラボ とその協力者は、回転させて装置を作成しました。 競争力の高い太陽電池 回収したエネルギーを利用して水を酸素と水素に分解できる原子炉に移す。
彼らが克服しなければならなかった課題は、ハロゲン化物ペロブスカイト* が水中で非常に不安定であり、半導体の絶縁に使用されるコーティングが最終的にその機能を妨害するか損傷することになるということでした。
「過去 2 年間、私たちはさまざまな素材や技術を試し続けてきました」と述べました。 マイケル·ウォン、ライスの化学エンジニアであり、この研究の共著者です。
長期にわたる試験では望ましい結果が得られませんでしたが、研究者たちはついに勝利の解決策を見つけました。
「私たちの重要な洞察は、バリアには 2 つの層が必要であるということでした。1 つは水を遮断するためのもので、もう 1 つはペロブスカイト層と保護層の間に良好な電気的接触を形成するためのものです」とフェール氏は述べています。
「私たちの結果は、太陽光を集中させない光電気化学セルの効率が最高であり、ハロゲン化物ペロブスカイト半導体を使用した光電気化学セルの全体として最高の効率でした。
「歴史的に法外に高価な半導体が独占してきたこの分野では初めてのことであり、この種のデバイスの商業化可能性への道筋となる可能性がある」とフェール氏は述べた。
研究者らは、バリア設計がさまざまな反応やさまざまな半導体で機能し、多くのシステムに適用できることを示しました。
「このようなシステムが、エネルギー入力として太陽光のみを使用し、豊富な原料を使用して広範囲の電子を燃料形成反応に導くためのプラットフォームとして機能することを期待しています」とモヒテ氏は述べた。
「安定性と規模がさらに改善されることで、この技術は水素経済を切り開き、人類が物を作る方法を化石燃料から太陽燃料に変える可能性がある」とフェール氏は付け加えた。
ペロブスカイト – この鉱物はシリコンよりも導電率が高く、壊れにくいです。また、地球上にはさらに豊富に存在します。過去 10 年間にわたり、多大な努力が目覚ましい発展をもたらしてきましたが、将来のオプトエレクトロニクスへの採用は依然として課題です。
ペロブスカイト太陽電池はまだ不安定であり、早期劣化が起こります。さらに、環境や人間の健康に非常に有害な物質である鉛が含まれています。これらの理由により、このパネルは販売できません。
ハロゲン化ハイブリッドペロブスカイト は、その優れた光電特性と太陽光発電システムへの応用により、近年特に研究の焦点となっている半導体材料の一種です。
