Нов стандард за технологија на зелен водород поставен од инженерите на Универзитетот Рајс.
Инженерите од Универзитетот Рајс можат да се свртат сончевата светлина во водород со рекордна ефикасност благодарение на уредот што ја комбинира следната генерација халидни перовскитни полупроводници* со електрокатализатори во единствен, издржлив, рентабилен и скалабилен уред.
Според студија објавено во Nature Communications, уредот постигна 20.8% ефикасност на конверзија од сончево во водород.
Новата технологија е значаен чекор напред за чиста енергија и би можела да послужи како платформа за широк спектар хемиски реакции кои користат електрична енергија собрана од Сонцето за конвертирање суровини во горива.
Лабораторија на хемиски и биомолекуларен инженер Адитја Мохите го изградил интегрираниот фотореактор користејќи антикорозивна бариера која го изолира полупроводникот од вода без да го попречува преносот на електрони.
„Користењето на сончевата светлина како извор на енергија за производство на хемикалии е една од најголемите пречки за економијата на чиста енергија“, рече Остин Фер, докторант по хемиски и биомолекуларен инженеринг и еден од водечките автори на студијата.
„Нашата цел е да изградиме економски остварливи платформи кои можат да генерираат горива добиени од соларна енергија. Овде дизајниравме систем кој апсорбира светлина и комплетира електрохемиски хемија за разделување вода на нејзината површина“.
Уредот е познат како фотоелектрохемиска ќелија бидејќи апсорпцијата на светлината, нејзиното претворање во електрична енергија и употребата на електрична енергија за напојување на хемиска реакција се случуваат во истиот уред. Досега, користењето фотоелектрохемиска технологија за производство на зелен водород беше попречено од ниската ефикасност и високата цена на полупроводниците.
„Сите уреди од овој тип произведуваат зелен водород користејќи само сончева светлина и вода, но нашиот е исклучителен бидејќи има рекордна ефикасност и користи полупроводник кој е многу евтин“, рече Фер.
на Мохите лабораторија и неговите соработници го создадоа уредот со вртење на нивните високо-конкурентни соларни ќелии во реактор кој би можел да ја искористи собраната енергија за да ја подели водата на кислород и водород.
Предизвикот што мораа да го надминат беше тоа што халидните перовскити* се крајно нестабилни во вода, а облогите што се користат за изолација на полупроводниците завршија или со нарушување на нивната функција или оштетување.
„Во текот на последните две години, одевме напред-назад пробувајќи различни материјали и техники“, рече Мајкл Вонг, хемиски инженер Рајс и коавтор на студијата.
Откако долгите испитувања не го дадоа посакуваниот резултат, истражувачите конечно дојдоа до победничко решение.
„Нашиот клучен увид беше дека ви требаа два слоја до бариерата, еден за блокирање на водата и еден за добар електричен контакт помеѓу слоевите на перовскит и заштитниот слој“, рече Фер.
„Нашите резултати се највисока ефикасност за фотоелектрохемиски ќелии без соларна концентрација и најдобра за оние кои користат полупроводници со халид перовскит.
„Тоа е прв пат за поле во кое историски доминираа премногу скапи полупроводници и може да претставува пат кон комерцијална изводливост за овој тип на уреди за прв пат досега“, рече Фер.
Истражувачите покажаа дека нивниот дизајн на бариери функционира за различни реакции и со различни полупроводници, што го прави применлив во многу системи.
„Се надеваме дека таквите системи ќе служат како платформа за придвижување на широк опсег на електрони до реакции на формирање гориво со користење на изобилство суровини со само сончева светлина како влез на енергија“, рече Мохите.
„Со понатамошни подобрувања на стабилноста и обемот, оваа технологија може да ја отвори економијата на водородот и да го промени начинот на кој луѓето ги прават работите од фосилни горива до соларни горива“, додаде Фер.
Перовскиот – Овој минерал има поголема спроводливост од силициумот и е помалку кревок. Исто така е многу позастапен на Земјата. Во текот на последната деценија, значителни напори доведоа до спектакуларни случувања, но неговото усвојување во идната оптоелектроника останува предизвик.
Перовскитните фотоволтаични ќелии сè уште се нестабилни и претрпуваат предвремено стареење. Уште повеќе, тие содржат олово, материјал кој е многу штетен за животната средина и здравјето на луѓето. Поради овие причини, панелите не можат да се продаваат.
Халогенирани хибридни перовскити се класа на полупроводнички материјали кои се во фокусот на посебно истражување во последниве години поради нивните извонредни фотоелектрични својства и нивната примена во фотоволтаични системи.
