Novi standard za tehnologijo zelenega vodika, ki so ga postavili inženirji Univerze Rice.
Inženirji univerze Rice se lahko obrnejo sončne svetlobe v vodik z rekordno učinkovitostjo zahvaljujoč napravi, ki združuje naslednjo generacijo halogenidni perovskitni polprevodniki* s elektrokatalizatorji v eni sami, vzdržljivi, stroškovno učinkoviti in razširljivi napravi.
Glede na študija objavljeno v Nature Communications, je naprava dosegla 20.8-odstotno učinkovitost pretvorbe sonca v vodik.
Nova tehnologija je pomemben korak naprej za čisto energijo in bi lahko služila kot platforma za širok spekter kemičnih reakcij, ki za pretvorbo uporabljajo električno energijo, pridobljeno iz sonca. surovine v goriva.
Laboratorij za kemijski in biomolekularni inženir Aditya Mohite zgradil integrirani fotoreaktor z uporabo protikorozijske pregrade, ki izolira polprevodnik pred vodo, ne da bi ovirala prenos elektronov.
"Uporaba sončne svetlobe kot vira energije za proizvodnjo kemikalij je ena največjih ovir za gospodarstvo čiste energije," je dejal Austin Fehr, doktorski študent kemijskega in biomolekularnega inženirstva ter eden od vodilnih avtorjev študije.
»Naš cilj je zgraditi ekonomsko izvedljive platforme, ki lahko proizvajajo goriva, pridobljena iz sonca. Tu smo zasnovali sistem, ki absorbira svetlobo in dokonča elektrokemijo kemija za cepljenje vode na njeni površini."
Naprava je znana kot fotoelektrokemična celica, ker absorpcija svetlobe, njena pretvorba v električno energijo in uporaba električne energije za poganjanje kemične reakcije potekajo v isti napravi. Do sedaj so uporabo fotoelektrokemične tehnologije za proizvodnjo zelenega vodika ovirale nizke učinkovitosti in visoki stroški polprevodnikov.
"Vse tovrstne naprave proizvajajo zeleni vodik samo z uporabo sončne svetlobe in vode, vendar je naša izjemna, ker ima rekordno učinkovitost in uporablja polprevodnik, ki je zelo poceni," je dejal Fehr.
O Mohite laboratorij in njegovi sodelavci so napravo ustvarili z obračanjem svojih visoko konkurenčne sončne celice v reaktor, ki bi lahko uporabil pridobljeno energijo za cepitev vode na kisik in vodik.
Izziv, ki so ga morali premagati, je bil, da so halogenidni perovskiti* izjemno nestabilni v vodi in da so premazi, uporabljeni za izolacijo polprevodnikov, na koncu bodisi zmotili njihovo delovanje ali jih poškodovali.
»V zadnjih dveh letih smo preizkušali različne materiale in tehnike,« je dejal Michael Wong, kemijski inženir Rice in soavtor študije.
Potem ko dolgotrajni poskusi niso prinesli želenega rezultata, so raziskovalci končno naleteli na zmagovalno rešitev.
"Naš ključni vpogled je bil, da potrebujete dve plasti za pregrado, eno za blokiranje vode in eno za dober električni stik med plastmi perovskita in zaščitno plastjo," je dejal Fehr.
»Naši rezultati so najvišja učinkovitost za fotoelektrokemične celice brez sončne koncentracije in najboljši na splošno za tiste, ki uporabljajo halogenidne perovskitne polprevodnike.
"To je prvi na področju, na katerem so v zgodovini prevladovali pregrešno dragi polprevodniki, in lahko predstavlja pot do komercialne izvedljivosti za to vrsto naprave prvič doslej," je dejal Fehr.
Raziskovalci so pokazali, da njihova zasnova pregrade deluje za različne reakcije in z različnimi polprevodniki, zaradi česar je uporabna v številnih sistemih.
"Upamo, da bodo takšni sistemi služili kot platforma za usmerjanje širokega spektra elektronov v reakcije, ki tvorijo gorivo, z uporabo obilnih surovin s samo sončno svetlobo kot vhodno energijo," je dejal Mohite.
"Z nadaljnjimi izboljšavami stabilnosti in obsega bi lahko ta tehnologija odprla gospodarstvo vodika in spremenila način, kako ljudje izdelujejo stvari iz fosilnih goriv v sončna goriva," je dodal Fehr.
Perovskit – Ta mineral ima večjo prevodnost kot silicij in je manj krhek. Tudi na Zemlji ga je veliko več. V zadnjem desetletju so obsežna prizadevanja privedla do spektakularnega razvoja, vendar ostaja njegovo sprejetje v prihodnji optoelektroniki izziv.
Perovskitne fotovoltaične celice so še vedno nestabilne in se prezgodaj starajo. Še več, vsebujejo svinec, material, ki je zelo škodljiv za okolje in zdravje ljudi. Zaradi teh razlogov plošč ni mogoče tržiti.
Halogenirani hibridni perovskiti so razred polprevodniških materialov, ki so bili v zadnjih letih v središču posebnih raziskav zaradi svojih izjemnih fotoelektričnih lastnosti in uporabe v fotovoltaičnih sistemih.
