Naujas žalias vandenilio technologijos standartas, nustatytas Rice universiteto inžinierių.
Ryžių universiteto inžinieriai gali pasukti saulės spinduliai virsta vandeniliu su rekordiniu efektyvumu, nes prietaisas sujungia naujos kartos halogenidiniai perovskito puslaidininkiai* su elektrokatalizatoriai viename, patvariame, ekonomiškai efektyviame ir keičiamo dydžio įrenginyje.
Pagal tyrimas paskelbtas Nature Communications, prietaisas pasiekė 20.8% saulės energijos konversijos į vandenilį efektyvumą.
Naujoji technologija yra reikšmingas žingsnis į priekį švarios energijos srityje ir gali būti platforma įvairioms cheminėms reakcijoms, kurioms konvertuoti naudojama saulės energija. žaliavos į degalus.
Chemijos ir biomolekulinio inžinieriaus laboratorija Aditya Mohite pastatė integruotą fotoreaktorių, naudodamas antikorozinį barjerą, kuris izoliuoja puslaidininkį nuo vandens, netrukdydamas elektronų pernešimui.
„Saulės šviesos kaip energijos šaltinio naudojimas cheminėms medžiagoms gaminti yra viena didžiausių kliūčių švarios energijos ekonomikai“, – sakė Austinas Fehras, chemijos ir biomolekulinės inžinerijos doktorantas ir vienas iš pagrindinių tyrimo autorių.
„Mūsų tikslas yra sukurti ekonomiškai pagrįstas platformas, kurios galėtų gaminti kurą iš saulės. Čia mes sukūrėme sistemą, kuri sugeria šviesą ir užbaigia elektrochemiją vandens skaidymo chemija ant jo paviršiaus“.
Prietaisas žinomas kaip fotoelektrocheminis elementas, nes tame pačiame įrenginyje vyksta šviesos sugertis, jos pavertimas elektra ir elektros panaudojimas cheminei reakcijai paleisti. Iki šiol naudoti fotoelektrochemines technologijas žaliajam vandeniliui gaminti trukdė mažas efektyvumas ir didelė puslaidininkių kaina.
„Visi tokio tipo įrenginiai gamina žaliąjį vandenilį naudodami tik saulės šviesą ir vandenį, tačiau mūsų įrenginys yra išskirtinis, nes pasižymi rekordiniu efektyvumu ir naudoja labai pigų puslaidininkį“, – sakė Fehr.
Šios Mohite laboratorija ir jo bendradarbiai sukūrė įrenginį sukdami savo labai konkurencingas saulės elementas į reaktorių, kuris galėtų panaudoti surinktą energiją vandeniui padalyti į deguonį ir vandenilį.
Iššūkis, kurį jie turėjo įveikti, buvo tas, kad halogenidiniai perovskitai* yra labai nestabilūs vandenyje, o puslaidininkiams izoliuoti naudojamos dangos sutrikdė jų funkciją arba sugadino juos.
„Per pastaruosius dvejus metus mes pirmyn ir atgal bandėme įvairias medžiagas ir technologijas“, – sakė Michaelas Wongas, Rice chemijos inžinierius ir tyrimo bendraautoris.
Po ilgų bandymų nepavyko duoti norimo rezultato, mokslininkai galiausiai rado laimėjusį sprendimą.
„Pagrindinė mūsų įžvalga buvo ta, kad jums reikia dviejų sluoksnių prie barjero: vieno, kad užblokuotų vandenį, o kito, kad būtų geras elektrinis kontaktas tarp perovskito sluoksnių ir apsauginio sluoksnio“, - sakė Fehr.
„Mūsų rezultatai yra didžiausias fotoelektrocheminių elementų be saulės koncentracijos efektyvumas ir geriausias bendrai naudojant halogenidinius perovskito puslaidininkius.
„Tai pirmoji sritis, kurioje istoriškai vyravo pernelyg brangūs puslaidininkiai, ir tai gali būti kelias į komercinį tokio tipo prietaiso pagrįstumą pirmą kartą“, - sakė Fehr.
Tyrėjai parodė, kad jų barjerų dizainas tinka skirtingoms reakcijoms ir su skirtingais puslaidininkiais, todėl jis buvo taikomas daugelyje sistemų.
„Tikimės, kad tokios sistemos pasitarnaus kaip platforma, leidžianti nukreipti platų elektronų spektrą į kuro formavimo reakcijas, naudojant gausias žaliavas, kurių energija yra tik saulės šviesa“, - sakė Mohite.
„Toliau tobulinant stabilumą ir mastą, ši technologija gali atverti vandenilio ekonomiką ir pakeisti būdą, kaip žmonės gamina iš iškastinio kuro į saulės kurą“, – pridūrė Fehr.
Perovskitas – Šis mineralas pasižymi didesniu laidumu nei silicio ir yra mažiau trapus. Žemėje jo taip pat daug gausiau. Per pastarąjį dešimtmetį įdėtos didelės pastangos leido pasiekti įspūdingų pokyčių, tačiau jos pritaikymas būsimoje optoelektronikoje tebėra iššūkis.
Perovskito fotovoltinės ląstelės vis dar yra nestabilios ir per anksti sensta. Dar daugiau – juose yra švino – aplinkai ir žmonių sveikatai labai kenksmingos medžiagos. Dėl šių priežasčių plokštės negali būti parduodamos.
Halogeninti hibridiniai perovskitai yra puslaidininkinių medžiagų klasė, kuri pastaraisiais metais buvo ypatingų tyrimų dėmesio centre dėl jų puikių fotoelektrinių savybių ir pritaikymo fotovoltinėse sistemose.
