Noul standard pentru tehnologia hidrogenului verde stabilit de inginerii de la Universitatea Rice.
Inginerii de la Universitatea Rice se pot întoarce lumina soarelui în hidrogen cu eficiență record datorită unui dispozitiv care combină generația următoare semiconductori de perovskit cu halogenuri* cu electrocatalizatori într-un singur dispozitiv durabil, rentabil și scalabil.
În conformitate cu un studiu publicat în Nature Communications, dispozitivul a atins o eficiență de conversie solară în hidrogen de 20.8%.
Noua tehnologie este un pas semnificativ înainte pentru energia curată și ar putea servi drept platformă pentru o gamă largă de reacții chimice care utilizează electricitatea recoltată de la soare pentru a converti materii prime în combustibili.
Laboratorul inginerului chimic și biomolecular Aditya Mohite a construit fotoreactorul integrat folosind o barieră anticorozivă care izolează semiconductorul de apă fără a împiedica transferul de electroni.
„Folosirea luminii solare ca sursă de energie pentru fabricarea de substanțe chimice este unul dintre cele mai mari obstacole în calea unei economii de energie curată”, a spus Austin Fehr, doctorand în inginerie chimică și biomoleculară și unul dintre autorii principali ai studiului.
„Scopul nostru este să construim platforme fezabile din punct de vedere economic, care să poată genera combustibili derivați de la soare. Aici, am proiectat un sistem care absoarbe lumina și completează electrochimic chimie de divizare a apei pe suprafața sa.”
Dispozitivul este cunoscut ca o celulă fotoelectrochimică deoarece absorbția luminii, conversia acesteia în electricitate și utilizarea electricității pentru a alimenta o reacție chimică au loc în același dispozitiv. Până acum, utilizarea tehnologiei fotoelectrochimice pentru a produce hidrogen verde a fost împiedicată de eficiența scăzută și de costul ridicat al semiconductorilor.
„Toate dispozitivele de acest tip produc hidrogen verde folosind doar lumina soarelui și apă, dar al nostru este excepțional pentru că are o eficiență record și folosește un semiconductor foarte ieftin”, a spus Fehr.
Laboratorul Mohite iar colaboratorii săi au creat dispozitivul prin rotirea lor celulă solară foarte competitivă într-un reactor care ar putea folosi energia recoltată pentru a împărți apa în oxigen și hidrogen.
Provocarea pe care au trebuit să o depășească a fost aceea că perovskiții cu halogenuri* sunt extrem de instabili în apă, iar acoperirile utilizate pentru izolarea semiconductoarelor au ajuns fie să le perturbe funcția, fie să le deterioreze.
„În ultimii doi ani, ne-am dus și înapoi încercând diferite materiale și tehnici”, a spus Michael Wong, un inginer chimist Rice și co-autor al studiului.
După ce încercările îndelungate nu au reușit să dea rezultatul dorit, cercetătorii au găsit în sfârșit o soluție câștigătoare.
„Perspectiva noastră cheie a fost că aveai nevoie de două straturi la barieră, unul pentru a bloca apa și unul pentru a face un contact electric bun între straturile de perovskit și stratul de protecție”, a spus Fehr.
„Rezultatele noastre sunt cea mai mare eficiență pentru celulele fotoelectrochimice fără concentrație solară și cele mai bune în general pentru cei care folosesc semiconductori de perovskit cu halogenuri.
„Este o premieră pentru un domeniu care a fost dominat istoric de semiconductori prohibitiv de scump și poate reprezenta pentru prima dată o cale către fezabilitatea comercială pentru acest tip de dispozitiv”, a spus Fehr.
Cercetătorii au arătat că designul lor de barieră a funcționat pentru diferite reacții și cu semiconductori diferiți, făcându-l aplicabil în multe sisteme.
„Sperăm că astfel de sisteme vor servi drept platformă pentru a conduce o gamă largă de electroni la reacții de formare a combustibilului, folosind materii prime abundente, cu doar lumina soarelui ca aport de energie”, a spus Mohite.
„Cu îmbunătățiri suplimentare ale stabilității și scalarii, această tehnologie ar putea deschide economia hidrogenului și ar putea schimba modul în care oamenii fac lucruri de la combustibili fosili la combustibili solari”, a adăugat Fehr.
Perovskit – Acest mineral are o conductivitate mai mare decât siliciul și este mai puțin fragil. De asemenea, este mult mai abundent pe Pământ. În ultimul deceniu, eforturi considerabile au dus la evoluții spectaculoase, dar adoptarea sa în optoelectronica viitoare rămâne o provocare.
Celulele fotovoltaice perovskite sunt încă instabile și suferă o îmbătrânire prematură. Mai mult, ele conțin plumb, un material foarte dăunător pentru mediu și sănătatea umană. Din aceste motive, panourile nu pot fi comercializate.
Perovskiți hibrizi halogenați reprezintă o clasă de materiale semiconductoare care au fost în centrul cercetărilor în ultimii ani pentru proprietățile lor fotoelectrice remarcabile și pentru aplicațiile lor în sistemele fotovoltaice.
