Новый стандарт технологии зеленого водорода установлен инженерами Университета Райса.
Инженеры Университета Райса могут превратить солнечный свет в водород с рекордной эффективностью благодаря устройству, сочетающему в себе галоидные перовскитные полупроводники* с электрокатализаторы в одном, надежном, экономичном и масштабируемом устройстве.
По исследовании опубликованное в журнале Nature Communications, устройство достигло эффективности преобразования солнечной энергии в водород на 20.8%.
Новая технология является значительным шагом вперед в области чистой энергии и может послужить платформой для широкого спектра химических реакций, в которых используется электричество, полученное от солнечной энергии, для преобразования энергии. сырье в топливо.
Лаборатория химического и биомолекулярного инженера Адитья Мохите построил интегрированный фотореактор с использованием антикоррозионного барьера, который изолирует полупроводник от воды, не препятствуя переносу электронов.
«Использование солнечного света в качестве источника энергии для производства химикатов является одним из самых больших препятствий на пути к экологически чистой энергетической экономике», — сказал Остин Фер, аспирант химической и биомолекулярной инженерии и один из ведущих авторов исследования.
«Наша цель — построить экономически целесообразные платформы, которые смогут генерировать топливо на основе солнечной энергии. Здесь мы разработали систему, которая поглощает свет и завершает электрохимический процесс. водоразделяющая химия на его поверхности».
Устройство известно как фотоэлектрохимическая ячейка, поскольку поглощение света, его преобразование в электричество и использование электричества для химической реакции происходят в одном и том же устройстве. До сих пор использование фотоэлектрохимической технологии для производства зеленого водорода сдерживалось низкой эффективностью и высокой стоимостью полупроводников.
«Все устройства этого типа производят зеленый водород, используя только солнечный свет и воду, но наше является исключительным, поскольку оно имеет рекордную эффективность и использует очень дешевый полупроводник», — сказал Фер.
Ассоциация Мохитская лаборатория и его сотрудники создали устройство, превратив свои высококонкурентный солнечный элемент в реактор, который мог бы использовать собранную энергию для расщепления воды на кислород и водород.
Проблема, которую им пришлось преодолеть, заключалась в том, что галогенидные перовскиты* чрезвычайно нестабильны в воде, а покрытия, используемые для изоляции полупроводников, в конечном итоге либо нарушали их функции, либо повреждали их.
«За последние два года мы пробовали разные материалы и техники», — сказал он. Майкл Вонг, инженер-химик из Райса и соавтор исследования.
После того, как длительные испытания не дали желаемого результата, исследователи наконец нашли выигрышное решение.
«Наша основная идея заключалась в том, что для барьера необходимо два слоя: один для блокирования воды, а другой для обеспечения хорошего электрического контакта между слоями перовскита и защитным слоем», — сказал Фер.
«Наши результаты — самая высокая эффективность для фотоэлектрохимических элементов без концентрации солнечного света и лучшая в целом для тех, кто использует галогенидные перовскитные полупроводники.
«Это первый случай в области, в которой исторически доминировали непомерно дорогие полупроводники, и впервые в истории он может стать путем к коммерческой осуществимости устройства этого типа», — сказал Фер.
Исследователи показали, что их конструкция барьера работает для разных реакций и с разными полупроводниками, что делает ее применимой во многих системах.
«Мы надеемся, что такие системы послужат платформой для управления широким спектром электронов в реакциях формирования топлива с использованием обильного сырья и только солнечного света в качестве источника энергии», — сказал Мохит.
«При дальнейшем повышении стабильности и масштаба эта технология может открыть водородную экономику и изменить способ, которым люди производят вещи, переходя от ископаемого топлива к солнечному топливу», — добавил Фер.
Перовскит – Этот минерал имеет более высокую проводимость, чем кремний, и менее хрупок. На Земле его гораздо больше. За последнее десятилетие значительные усилия привели к впечатляющим достижениям, но их внедрение в будущую оптоэлектронику остается проблемой.
Перовскитные фотоэлектрические элементы все еще нестабильны и подвергаются преждевременному старению. Более того, они содержат свинец — материал, который очень вреден для окружающей среды и здоровья человека. По этим причинам панели не могут быть проданы.
Галогенированные гибридные перовскиты представляют собой класс полупроводниковых материалов, которые в последние годы были в центре внимания особых исследований из-за их замечательных фотоэлектрических свойств и их применения в фотоэлектрических системах.
