राईस युनिव्हर्सिटीच्या अभियंत्यांनी ग्रीन हायड्रोजन तंत्रज्ञानासाठी नवीन मानक सेट केले आहेत.
तांदूळ विद्यापीठाचे अभियंते चालू शकतात सूर्यप्रकाश हायड्रोजन मध्ये विक्रमी कार्यक्षमतेसह पुढील पिढीला जोडणाऱ्या उपकरणामुळे हॅलाइड पेरोव्स्काइट सेमीकंडक्टर* सह इलेक्ट्रोकॅटलिस्ट एकाच, टिकाऊ, किफायतशीर आणि स्केलेबल डिव्हाइसमध्ये.
त्यानुसार अभ्यास नेचर कम्युनिकेशन्समध्ये प्रकाशित, उपकरणाने 20.8% सौर-ते-हायड्रोजन रूपांतरण कार्यक्षमता प्राप्त केली.
नवीन तंत्रज्ञान स्वच्छ ऊर्जेसाठी एक महत्त्वपूर्ण पाऊल आहे आणि रूपांतर करण्यासाठी सौर-कापणी वीज वापरणाऱ्या रासायनिक अभिक्रियांच्या विस्तृत श्रेणीसाठी एक व्यासपीठ म्हणून काम करू शकते. फीडस्टॉक इंधन मध्ये.
केमिकल आणि बायोमोलेक्युलर इंजिनिअरची प्रयोगशाळा आदित्य मोहिते इलेक्ट्रॉन्सच्या हस्तांतरणास अडथळा न आणता सेमीकंडक्टरला पाण्यापासून इन्सुलेशन करणारे अँटीकॉरोशन बॅरियर वापरून एकात्मिक फोटोरिएक्टर तयार केले.
“केमिकल आणि बायोमोलेक्युलर इंजिनीअरिंगचे डॉक्टरेट विद्यार्थी आणि अभ्यासाच्या प्रमुख लेखकांपैकी एक, ऑस्टिन फेहर म्हणाले, रसायने तयार करण्यासाठी सूर्यप्रकाशाचा ऊर्जा स्त्रोत म्हणून वापर करणे हा स्वच्छ ऊर्जा अर्थव्यवस्थेतील सर्वात मोठा अडथळा आहे.
“आमचे ध्येय आर्थिकदृष्ट्या व्यवहार्य प्लॅटफॉर्म तयार करणे आहे जे सौर-व्युत्पन्न इंधन तयार करू शकतात. येथे, आम्ही एक प्रणाली तयार केली आहे जी प्रकाश शोषून घेते आणि इलेक्ट्रोकेमिकल पूर्ण करते पाणी विभाजित रसायनशास्त्र त्याच्या पृष्ठभागावर."
या उपकरणाला फोटोइलेक्ट्रोकेमिकल सेल म्हणून ओळखले जाते कारण प्रकाशाचे शोषण, त्याचे विजेमध्ये रूपांतर आणि रासायनिक अभिक्रिया घडवून आणण्यासाठी विजेचा वापर या सर्व गोष्टी एकाच उपकरणात होतात. आत्तापर्यंत, हरित हायड्रोजन तयार करण्यासाठी फोटोइलेक्ट्रोकेमिकल तंत्रज्ञानाचा वापर कमी कार्यक्षमता आणि अर्धसंवाहकांच्या उच्च खर्चामुळे बाधित होता.
"या प्रकारची सर्व उपकरणे फक्त सूर्यप्रकाश आणि पाण्याचा वापर करून हिरवा हायड्रोजन तयार करतात, परंतु आमची अपवादात्मक आहे कारण त्यात रेकॉर्ड-ब्रेकिंग कार्यक्षमता आहे आणि ते अत्यंत स्वस्त असलेले सेमीकंडक्टर वापरते," फेहर म्हणाले.
अगोदर निर्देश केलेल्या बाबीसंबंधी बोलताना मोहिते लॅब आणि त्याच्या सहयोगींनी त्यांचे वळण करून डिव्हाइस तयार केले अत्यंत स्पर्धात्मक सौर सेल ऑक्सिजन आणि हायड्रोजनमध्ये पाण्याचे विभाजन करण्यासाठी कापणी केलेली उर्जा वापरू शकेल अशा अणुभट्टीमध्ये.
त्यांना ज्या आव्हानावर मात करायची होती ते म्हणजे हॅलाइड पेरोव्स्काईट्स* पाण्यात अत्यंत अस्थिर असतात आणि अर्धसंवाहकांना इन्सुलेट करण्यासाठी वापरल्या जाणाऱ्या कोटिंग्जमुळे त्यांचे कार्य विस्कळीत होते किंवा त्यांचे नुकसान होते.
"गेल्या दोन वर्षांमध्ये, आम्ही वेगवेगळ्या साहित्य आणि तंत्रांचा प्रयत्न करत आहोत," म्हणाले मायकेल वोंग, तांदूळ रासायनिक अभियंता आणि अभ्यासाचे सह-लेखक.
प्रदीर्घ चाचण्यांना अपेक्षित परिणाम न मिळाल्यानंतर, संशोधकांनी शेवटी एक विजयी उपाय शोधला.
"आमची मुख्य माहिती अशी होती की तुम्हाला अडथळ्यासाठी दोन स्तर आवश्यक आहेत, एक पाणी अवरोधित करण्यासाठी आणि दुसरा पेरोव्स्काईट स्तर आणि संरक्षक स्तर यांच्यात चांगला विद्युत संपर्क साधण्यासाठी," फेहर म्हणाले.
“आमचे परिणाम सौर एकाग्रतेशिवाय फोटोइलेक्ट्रोकेमिकल पेशींसाठी सर्वोच्च कार्यक्षमता आहेत आणि हॅलाइड पेरोव्स्काइट सेमीकंडक्टर वापरणाऱ्यांसाठी सर्वोत्कृष्ट आहेत.
फेहर म्हणाले, “ऐतिहासिकदृष्ट्या प्रतिबंधात्मक महाग अर्धसंवाहकांचे वर्चस्व असलेल्या क्षेत्रासाठी हे पहिले आहे आणि प्रथमच या प्रकारच्या उपकरणासाठी व्यावसायिक व्यवहार्यतेचा मार्ग दर्शवू शकतो.”
संशोधकांनी त्यांच्या अडथळ्याची रचना वेगवेगळ्या प्रतिक्रियांसाठी आणि वेगवेगळ्या सेमीकंडक्टर्ससाठी काम करत असल्याचे दाखवून दिले, ज्यामुळे ते अनेक प्रणालींवर लागू होते.
मोहिते म्हणाले, “आम्हाला आशा आहे की अशा सिस्टीम ऊर्जा इनपुट म्हणून केवळ सूर्यप्रकाशासह मुबलक फीडस्टॉक वापरून इंधन-निर्मिती प्रतिक्रियांसाठी इलेक्ट्रॉनच्या विस्तृत श्रेणी चालविण्याचे व्यासपीठ म्हणून काम करतील.”
"स्थिरता आणि प्रमाणामध्ये आणखी सुधारणांसह, हे तंत्रज्ञान हायड्रोजन अर्थव्यवस्था उघडू शकते आणि जीवाश्म इंधनापासून सौर इंधनापर्यंत मानव बनवण्याच्या पद्धतीत बदल करू शकते," फेहर पुढे म्हणाले.
पेरोव्स्काईट - या खनिजाची चालकता सिलिकॉनपेक्षा जास्त असते आणि ती कमी नाजूक असते. हे पृथ्वीवर देखील जास्त प्रमाणात आहे. गेल्या दशकात, लक्षणीय प्रयत्नांमुळे नेत्रदीपक घडामोडी घडल्या आहेत, परंतु भविष्यातील ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्समध्ये त्याचा अवलंब करणे हे एक आव्हान आहे.
पेरोव्स्काईट फोटोव्होल्टेइक पेशी अजूनही अस्थिर असतात आणि अकाली वृद्धत्व घेतात. इतकेच काय, त्यात शिसे असते, अशी सामग्री जी पर्यावरण आणि मानवी आरोग्यासाठी अत्यंत हानिकारक आहे. या कारणांमुळे, पॅनेलचे विपणन केले जाऊ शकत नाही.
हॅलोजनेटेड हायब्रिड पेरोव्स्काइट्स अर्धसंवाहक सामग्रीचा एक वर्ग आहे जो अलिकडच्या वर्षांत त्यांच्या उल्लेखनीय फोटोइलेक्ट्रिक गुणधर्मांसाठी आणि फोटोव्होल्टेइक सिस्टममधील त्यांच्या अनुप्रयोगांसाठी विशिष्ट संशोधनाचा केंद्रबिंदू आहे.
