Jauns zaļās ūdeņraža tehnoloģijas standarts, ko noteikuši Raisa universitātes inženieri.
Rīsu universitātes inženieri var pagriezties saules gaisma pārvēršas ūdeņradi ar rekordlielu efektivitāti, pateicoties ierīcei, kas apvieno nākamās paaudzes halogenīdu perovskīta pusvadītāji* ar elektrokatalizatori vienā, izturīgā, rentablā un mērogojamā ierīcē.
Saskaņā ar pētījumu publicēts Nature Communications, ierīce sasniedza 20.8% saules enerģijas pārvēršanas ūdeņražā efektivitāti.
Jaunā tehnoloģija ir nozīmīgs solis uz priekšu tīras enerģijas jomā, un tā varētu kalpot par platformu plaša spektra ķīmiskām reakcijām, kuru pārveidošanai izmanto saules enerģiju iegūto elektroenerģiju. izejvielas degvielā.
Ķīmijas un biomolekulārā inženiera laboratorija Aditja Mohite uzbūvēja integrēto fotoreaktoru, izmantojot pretkorozijas barjeru, kas izolē pusvadītāju no ūdens, netraucējot elektronu pārnesi.
"Saules gaismas kā enerģijas avota izmantošana ķīmisko vielu ražošanā ir viens no lielākajiem šķēršļiem tīras enerģijas ekonomikai," sacīja Ostins Fērs, ķīmijas un biomolekulārās inženierijas doktorants un viens no pētījuma vadošajiem autoriem.
"Mūsu mērķis ir izveidot ekonomiski pamatotas platformas, kas var ražot no saules enerģijas iegūtu degvielu. Šeit mēs izstrādājām sistēmu, kas absorbē gaismu un pabeidz elektroķīmisko darbību ūdens sadalīšanas ķīmija uz tās virsmas."
Ierīce ir pazīstama kā fotoelektroķīmiska šūna, jo gaismas absorbcija, tās pārvēršana elektroenerģijā un elektroenerģijas izmantošana ķīmiskās reakcijas darbināšanai notiek vienā ierīcē. Līdz šim fotoelektroķīmisko tehnoloģiju izmantošanu zaļā ūdeņraža ražošanai kavēja zemā efektivitāte un pusvadītāju augstās izmaksas.
"Visas šāda veida ierīces ražo zaļo ūdeņradi, izmantojot tikai saules gaismu un ūdeni, bet mūsu ierīce ir izcila, jo tai ir rekordliela efektivitāte un tajās tiek izmantoti ļoti lēti pusvadītāji," sacīja Fērs.
Jūsu darbs IR Klientu apkalpošana Mohītu laboratorija un tā līdzstrādnieki izveidoja ierīci, pagriežot savu ļoti konkurētspējīga saules baterija reaktorā, kas varētu izmantot savākto enerģiju, lai sadalītu ūdeni skābeklī un ūdeņradi.
Problēma, kas viņiem bija jāpārvar, bija tāda, ka halogenīdu perovskīti* ir ārkārtīgi nestabili ūdenī, un pārklājumi, ko izmantoja pusvadītāju izolācijai, vai nu traucēja to darbību, vai arī tos sabojāja.
"Pēdējo divu gadu laikā mēs esam izmēģinājuši dažādus materiālus un metodes," sacīja Maikls Vongs, Rīsu ķīmijas inženieris un pētījuma līdzautors.
Pēc tam, kad ilgi izmēģinājumi nedeva vēlamo rezultātu, pētnieki beidzot atrada uzvarošu risinājumu.
"Mūsu galvenais ieskats bija tāds, ka barjerai ir nepieciešami divi slāņi, viens, lai bloķētu ūdeni, un otrs, lai izveidotu labu elektrisko kontaktu starp perovskīta slāņiem un aizsargslāni," sacīja Fērs.
"Mūsu rezultāti ir visaugstākā efektivitāte fotoelektroķīmiskajām šūnām bez saules koncentrācijas un vislabākie kopumā tiem, kas izmanto halogenīdu perovskīta pusvadītājus.
"Tas ir pirmais laukā, kurā vēsturiski dominējuši pārmērīgi dārgi pusvadītāji, un tas pirmo reizi var būt ceļš uz šāda veida ierīču komerciālu iespējamību," sacīja Fērs.
Pētnieki parādīja, ka viņu barjeras dizains darbojas dažādām reakcijām un ar dažādiem pusvadītājiem, padarot to piemērojamu daudzās sistēmās.
"Mēs ceram, ka šādas sistēmas kalpos par platformu, lai vadītu plašu elektronu klāstu uz degvielu veidojošām reakcijām, izmantojot bagātīgas izejvielas ar tikai saules gaismu kā enerģijas ievadi," sacīja Mohite.
"Turpinot uzlabot stabilitāti un mērogu, šī tehnoloģija varētu atvērt ūdeņraža ekonomiku un mainīt veidu, kā cilvēki ražo no fosilā kurināmā uz saules kurināmo," piebilda Fērs.
Perovskīts – Šim minerālam ir augstāka vadītspēja nekā silīcijam, un tas ir mazāk trausls. Tas ir arī daudz bagātīgāks uz Zemes. Pēdējo desmit gadu laikā ievērojami pūliņi ir noveduši pie iespaidīgiem notikumiem, taču tā ieviešana nākotnes optoelektronikā joprojām ir izaicinājums.
Perovskīta fotoelektriskās šūnas joprojām ir nestabilas un tiek pakļautas priekšlaicīgai novecošanai. Turklāt tie satur svinu – materiālu, kas ir ļoti kaitīgs videi un cilvēku veselībai. Šo iemeslu dēļ paneļus nevar tirgot.
Halogenēti hibrīdi perovskīti ir pusvadītāju materiālu klase, kas pēdējos gados ir bijusi īpašu pētījumu uzmanības centrā to ievērojamo fotoelektrisko īpašību un to pielietojuma dēļ fotoelektriskajās sistēmās.
