라이스 대학교 엔지니어들이 설정한 녹색 수소 기술의 새로운 표준.
라이스 대학교 엔지니어들은 다음과 같은 일을 할 수 있습니다. 햇빛을 수소로 차세대 기술을 결합한 장치 덕분에 기록적인 효율성을 자랑합니다. 할로겐화 페로브스카이트 반도체*와 전기촉매 내구성이 뛰어나고 비용 효율적이며 확장 가능한 단일 장치입니다.
에 따르면 연구 Nature Communications에 게재된 이 장치는 20.8%의 태양-수소 변환 효율을 달성했습니다.
이 신기술은 청정 에너지를 향한 중요한 진전이며, 태양열로 수확된 전기를 사용하여 에너지를 변환하는 광범위한 화학 반응을 위한 플랫폼 역할을 할 수 있습니다. 공급 원료 연료로.
화학 및 생체분자공학 연구실 아디트야 모히테 전자 이동을 방해하지 않고 반도체를 물로부터 절연하는 부식 방지 장벽을 사용하여 통합 광반응기를 구축했습니다.
“화학 물질을 제조하기 위해 햇빛을 에너지원으로 사용하는 것은 청정 에너지 경제의 가장 큰 장애물 중 하나입니다.”라고 화학 및 생체분자 공학 박사 과정 학생이자 이번 연구의 주요 저자 중 한 명인 Austin Fehr가 말했습니다.
“우리의 목표는 태양열 연료를 생성할 수 있는 경제적으로 실현 가능한 플랫폼을 구축하는 것입니다. 여기서는 빛을 흡수하여 전기화학을 완성하는 시스템을 설계했습니다. 물 분해 화학 표면적으로요.”
이 장치는 빛의 흡수, 전기로의 변환 및 화학 반응에 전력을 공급하기 위한 전기의 사용이 모두 동일한 장치에서 발생하기 때문에 광전기화학 전지로 알려져 있습니다. 지금까지 광전기화학 기술을 활용해 녹색수소를 생산하는 것은 반도체의 낮은 효율과 높은 가격 때문에 어려움을 겪었다.
"이 유형의 모든 장치는 햇빛과 물만 사용하여 녹색 수소를 생산하지만 우리의 장치는 기록적인 효율성을 갖고 매우 저렴한 반도체를 사용하기 때문에 예외적입니다."라고 Fehr는 말했습니다.
XNUMXD덴탈의 모하이트 연구소 그리고 그 공동 작업자는 회전하여 장치를 만들었습니다. 경쟁력 있는 태양전지 수확된 에너지를 사용하여 물을 산소와 수소로 분리할 수 있는 원자로로 변신합니다.
그들이 극복해야 했던 과제는 할로겐화물 페로브스카이트*가 물 속에서 극도로 불안정하고 반도체 절연에 사용되는 코팅이 결국 반도체의 기능을 방해하거나 손상시킨다는 점이었습니다.
“지난 2년 동안 우리는 다양한 재료와 기술을 시도해 왔습니다.”라고 말했습니다. 마이클 웡, 라이스 화학 엔지니어이자 연구의 공동 저자입니다.
오랜 시도가 원하는 결과를 얻지 못한 후, 연구원들은 마침내 성공적인 솔루션을 발견했습니다.
"우리의 핵심 통찰력은 장벽에 두 개의 층이 필요하다는 것입니다. 하나는 물을 차단하고 다른 하나는 페로브스카이트 층과 보호 층 사이에 좋은 전기적 접촉을 만들기 위한 것입니다."라고 Fehr는 말했습니다.
“우리의 결과는 태양광 집중이 없는 광전기화학 전지의 효율성이 가장 높고, 할로겐화물 페로브스카이트 반도체를 사용하는 경우에도 전반적으로 최고입니다.
Fehr는 "이것은 역사적으로 엄청나게 비싼 반도체가 지배해왔던 분야에서는 처음이며 이러한 유형의 장치에 대한 상업적 타당성에 대한 경로를 나타낼 수 있습니다"라고 Fehr는 말했습니다.
연구원들은 장벽 설계가 다양한 반응과 다양한 반도체에 작용하여 많은 시스템에 적용 가능하다는 것을 보여주었습니다.
Mohite는 "우리는 이러한 시스템이 햇빛만을 에너지로 사용하여 풍부한 공급원료를 사용하여 연료 형성 반응으로 광범위한 전자를 구동하는 플랫폼 역할을 하게 되기를 희망합니다"라고 말했습니다.
"안정성과 규모가 더욱 향상되면 이 기술은 수소 경제를 열고 인류가 화석 연료에서 태양 연료로 물건을 만드는 방식을 바꿀 수 있습니다."라고 Fehr는 덧붙였습니다.
페 로브 스카이 트 – 이 광물은 실리콘보다 전도성이 높으며 깨지기 쉽습니다. 그것은 또한 지구상에 훨씬 더 풍부합니다. 지난 10년 동안 상당한 노력으로 눈부신 발전이 이루어졌지만 미래 광전자공학에 채택하는 것은 여전히 어려운 과제로 남아 있습니다.
페로브스카이트 광전지는 여전히 불안정하고 조기 노화를 겪고 있습니다. 게다가 환경과 인간의 건강에 매우 해로운 물질인 납이 포함되어 있습니다. 이러한 이유로 패널은 판매될 수 없습니다.
할로겐화 하이브리드 페로브스카이트 놀라운 광전 특성과 광전지 시스템에서의 응용으로 인해 최근 몇 년간 특정 연구의 초점이 되어온 반도체 재료의 한 종류입니다.
