Нови стандард за технологију зеленог водоника који су поставили инжењери Универзитета Рајс.
Инжењери Универзитета Рајс могу да се окрену сунчева светлост у водоник са рекордном ефикасношћу захваљујући уређају који комбинује следећу генерацију халогених перовскитних полупроводника* са електрокатализатори у једном, издржљивом, исплативом и скалабилном уређају.
Према студија објављен у Натуре Цоммуницатионс, уређај је постигао ефикасност конверзије соларне енергије у водоник од 20.8%.
Нова технологија је значајан корак напред за чисту енергију и могла би послужити као платформа за широк спектар хемијских реакција које користе соларну енергију за претварање сировине у горива.
Лабораторија хемијског и биомолекуларног инжењера Адитиа Мохите изградио интегрисани фотореактор користећи антикорозивну баријеру која изолује полупроводник од воде без ометања преноса електрона.
„Коришћење сунчеве светлости као извора енергије за производњу хемикалија је једна од највећих препрека економији чисте енергије“, рекао је Остин Фер, докторант хемијског и биомолекуларног инжењерства и један од водећих аутора студије.
„Наш циљ је да изградимо економски изводљиве платформе које могу генерисати соларна горива. Овде смо дизајнирали систем који апсорбује светлост и довршава електрохемију хемија за цепање воде на његовој површини.”
Уређај је познат као фотоелектрохемијска ћелија јер се апсорпција светлости, њена конверзија у електричну енергију и коришћење електричне енергије за покретање хемијске реакције дешавају у истом уређају. До сада је коришћење фотоелектрохемијске технологије за производњу зеленог водоника ометала ниска ефикасност и висока цена полупроводника.
„Сви уређаји овог типа производе зелени водоник користећи само сунчеву светлост и воду, али наш је изузетан јер има рекордну ефикасност и користи полупроводник који је веома јефтин“, рекао је Фер.
Мохите лаб а његови сарадници су креирали уређај окретањем својих висококонкурентна соларна ћелија у реактор који би могао да користи прикупљену енергију да подели воду на кисеоник и водоник.
Изазов који су морали да превазиђу био је тај што су халогенидни перовскити* изузетно нестабилни у води, а премази који се користе за изолацију полупроводника су на крају или пореметили њихову функцију или их оштетили.
„Током последње две године ишли смо напред и назад испробавајући различите материјале и технике“, рекао је Мицхаел Вонг, хемијски инжењер Рице и коаутор студије.
Након што дуготрајна испитивања нису дала жељени резултат, истраживачи су коначно дошли до победничког решења.
„Наш кључни увид је био да су вам потребна два слоја до баријере, један за блокирање воде и један за добар електрични контакт између слојева перовскита и заштитног слоја“, рекао је Фер.
„Наши резултати су највећа ефикасност за фотоелектрохемијске ћелије без соларне концентрације и најбољи у целини за оне који користе халоген перовскитне полупроводнике.
„То је први у пољу у којем су историјски доминирали прескупи полупроводници, и може представљати пут ка комерцијалној изводљивости за ову врсту уређаја по први пут икада“, рекао је Фер.
Истраживачи су показали да њихов дизајн баријере функционише за различите реакције и са различитим полупроводницима, што га чини применљивим у многим системима.
"Надамо се да ће такви системи послужити као платформа за покретање широког спектра електрона у реакције стварања горива користећи обилне сировине са само сунчевом светлошћу као улазном енергијом", рекао је Мохите.
„Уз даља побољшања стабилности и обима, ова технологија би могла да отвори економију водоника и промени начин на који људи праве ствари од фосилног горива до соларног горива“, додао је Фер.
Перовските – Овај минерал има већу проводљивост од силицијума и мање је крхак. Такође је много више на Земљи. Током последње деценије, значајни напори су довели до спектакуларног развоја, али његово усвајање у будућој оптоелектроници остаје изазов.
Перовските фотонапонске ћелије су још увек нестабилне и подлежу превременом старењу. Штавише, садрже олово, материјал који је веома штетан по животну средину и здравље људи. Из ових разлога, панели се не могу пласирати на тржиште.
Халогенизовани хибридни перовскити су класа полупроводничких материјала који су били у фокусу посебних истраживања последњих година због својих изузетних фотоелектричних својстава и њихове примене у фотонапонским системима.
