Kiwango kipya cha teknolojia ya hidrojeni ya kijani kimewekwa na wahandisi wa Chuo Kikuu cha Rice.
Wahandisi wa Chuo Kikuu cha Rice wanaweza kugeuka mwanga wa jua ndani ya hidrojeni kwa ufanisi wa kuvunja rekodi kutokana na kifaa kinachochanganya kizazi kijacho semiconductors ya halide perovskite* na vichochezi vya umeme katika kifaa kimoja, cha kudumu, cha gharama nafuu na scalable.
Kulingana na utafiti iliyochapishwa katika Nature Communications, kifaa hiki kilipata ufanisi wa 20.8% wa ubadilishaji wa nishati ya jua hadi hidrojeni.
Teknolojia hiyo mpya ni hatua muhimu mbele ya nishati safi na inaweza kutumika kama jukwaa la athari nyingi za kemikali zinazotumia umeme unaovunwa na jua kubadilisha. malisho kwenye mafuta.
Maabara ya mhandisi wa kemikali na biomolecular Aditya Mohite aliunda kipiga picha kilichounganishwa kwa kutumia kizuizi cha kuzuia kutu ambacho huhami semiconductor kutoka kwa maji bila kuzuia uhamishaji wa elektroni.
"Kutumia mwanga wa jua kama chanzo cha nishati kutengeneza kemikali ni mojawapo ya vikwazo vikubwa kwa uchumi safi wa nishati," alisema Austin Fehr, mwanafunzi wa udaktari wa uhandisi wa kemikali na biomolekuli na mmoja wa waandishi wakuu wa utafiti huo.
“Lengo letu ni kujenga majukwaa yanayowezekana kiuchumi ambayo yanaweza kuzalisha nishati zinazotokana na jua. Hapa, tulitengeneza mfumo ambao unachukua mwanga na kukamilisha kemikali ya kielektroniki kemia ya mgawanyiko wa maji juu ya uso wake.”
Kifaa hiki kinajulikana kama seli ya fotoelectrochemical kwa sababu ufyonzwaji wa mwanga, ubadilishaji wake kuwa umeme na matumizi ya umeme kuwasha mmenyuko wa kemikali yote hutokea kwenye kifaa kimoja. Hadi sasa, kutumia teknolojia ya photoelectrochemical kuzalisha hidrojeni ya kijani ilizuiliwa na ufanisi mdogo na gharama kubwa ya semiconductors.
"Vifaa vyote vya aina hii huzalisha hidrojeni ya kijani kwa kutumia jua na maji tu, lakini yetu ni ya kipekee kwa sababu ina ufanisi wa kuvunja rekodi na inatumia semiconductor ambayo ni nafuu sana," Fehr alisema.
The Maabara ya Mohite na washiriki wake waliunda kifaa kwa kugeuza zao seli ya jua yenye ushindani mkubwa kwenye kinu ambacho kinaweza kutumia nishati iliyovunwa kugawanya maji ndani ya oksijeni na hidrojeni.
Changamoto ambayo walilazimika kushinda ni kwamba halide perovskites* hazijaimarika sana ndani ya maji na mipako iliyotumiwa kuhami semiconductors iliishia kuvuruga utendakazi wao au kuziharibu.
"Katika kipindi cha miaka miwili iliyopita, tumeenda huku na huko kujaribu vifaa na mbinu tofauti," alisema Michael Wong, mhandisi wa kemikali ya Mchele na mwandishi mwenza kwenye utafiti.
Baada ya majaribio marefu kushindwa kutoa matokeo yaliyotarajiwa, watafiti hatimaye walipata suluhisho la ushindi.
"Ufahamu wetu muhimu ulikuwa kwamba unahitaji safu mbili kwa kizuizi, moja ya kuzuia maji na moja kufanya mawasiliano mazuri ya umeme kati ya tabaka za perovskite na safu ya kinga," Fehr alisema.
"Matokeo yetu ni ufanisi wa juu zaidi kwa seli za photoelectrochemical bila mkusanyiko wa jua, na bora zaidi kwa wale wanaotumia halide perovskite semiconductors.
"Ni mara ya kwanza kwa uga ambao kihistoria umetawaliwa na halvledare za gharama kubwa, na inaweza kuwakilisha njia ya uwezekano wa kibiashara kwa aina hii ya kifaa kwa mara ya kwanza," Fehr alisema.
Watafiti walionyesha muundo wao wa kizuizi ulifanya kazi kwa athari tofauti na kwa semiconductors tofauti, na kuifanya itumike katika mifumo mingi.
"Tunatumai kuwa mifumo kama hii itatumika kama jukwaa la kuendesha elektroni nyingi kwa athari za kutengeneza mafuta kwa kutumia malisho mengi yenye mwanga wa jua tu kama pembejeo ya nishati," Mohite alisema.
"Pamoja na maboresho zaidi ya uthabiti na kiwango, teknolojia hii inaweza kufungua uchumi wa hidrojeni na kubadilisha jinsi wanadamu wanavyotengeneza vitu kutoka kwa mafuta ya kisukuku hadi mafuta ya jua," Fehr aliongeza.
Perovskite - Madini haya yana conductivity ya juu kuliko silicon na ni dhaifu kidogo. Pia ni tele zaidi duniani. Katika muongo uliopita, juhudi kubwa zimesababisha maendeleo ya kuvutia, lakini kupitishwa kwake katika optoelectronics siku zijazo bado ni changamoto.
Seli za photovoltaic za Perovskite bado hazijaimarika na huzeeka mapema. Zaidi ya hayo, zina risasi, nyenzo ambayo ni hatari sana kwa mazingira na afya ya binadamu. Kwa sababu hizi, paneli haziwezi kuuzwa.
Perovskites ya mseto wa halojeni ni darasa la nyenzo za semiconductor ambazo zimekuwa lengo la utafiti fulani katika miaka ya hivi karibuni kwa sifa zao za ajabu za photoelectric na matumizi yao katika mifumo ya photovoltaic.
