Bagong pamantayan para sa berdeng teknolohiyang hydrogen na itinakda ng mga inhinyero ng Rice University.
Maaaring lumiko ang mga inhinyero ng Rice University liwanag ng araw sa hydrogen may record-breaking na kahusayan salamat sa isang device na pinagsasama ang susunod na henerasyon halide perovskite semiconductor* kasama mga electrocatalyst sa isang solong, matibay, cost-effective at scalable na device.
Ayon sa ang pag-aaral na inilathala sa Nature Communications, nakamit ng device ang 20.8% solar-to-hydrogen conversion na kahusayan.
Ang bagong teknolohiya ay isang makabuluhang hakbang pasulong para sa malinis na enerhiya at maaaring magsilbi bilang isang plataporma para sa isang malawak na hanay ng mga kemikal na reaksyon na gumagamit ng solar-harvested na kuryente upang mag-convert mga feedstock sa mga panggatong.
Ang lab ng kemikal at biomolecular engineer Aditya Mohite binuo ang pinagsama-samang photoreactor gamit ang isang anticorrosion barrier na insulates ang semiconductor mula sa tubig nang hindi humahadlang sa paglipat ng mga electron.
"Ang paggamit ng sikat ng araw bilang isang mapagkukunan ng enerhiya sa paggawa ng mga kemikal ay isa sa mga pinakamalaking hadlang sa isang malinis na ekonomiya ng enerhiya," sabi ni Austin Fehr, isang kemikal at biomolecular engineering na doktor na mag-aaral at isa sa mga nangungunang may-akda ng pag-aaral.
"Ang aming layunin ay bumuo ng mga matipid na platform na maaaring makabuo ng solar-derived fuels. Dito, nagdisenyo kami ng system na sumisipsip ng liwanag at kumukumpleto ng electrochemical kimika sa paghahati ng tubig sa ibabaw nito."
Ang aparato ay kilala bilang isang photoelectrochemical cell dahil ang pagsipsip ng liwanag, ang conversion nito sa elektrisidad at ang paggamit ng kuryente upang palakasin ang isang kemikal na reaksyon ay nangyayari sa parehong aparato. Hanggang ngayon, ang paggamit ng teknolohiyang photoelectrochemical upang makabuo ng berdeng hydrogen ay nahahadlangan ng mababang kahusayan at mataas na halaga ng semiconductors.
"Lahat ng device ng ganitong uri ay gumagawa ng berdeng hydrogen gamit lamang ang sikat ng araw at tubig, ngunit ang sa amin ay katangi-tangi dahil ito ay may record-breaking na kahusayan at ito ay gumagamit ng isang semiconductor na napakamura," sabi ni Fehr.
Ang Mohite lab at nilikha ng mga collaborator nito ang device sa pamamagitan ng pag-ikot ng kanilang mataas na mapagkumpitensyang solar cell sa isang reactor na maaaring gumamit ng na-ani na enerhiya upang hatiin ang tubig sa oxygen at hydrogen.
Ang hamon na kinailangan nilang pagtagumpayan ay ang halide perovskite* ay lubhang hindi matatag sa tubig at ang mga coatings na ginamit upang i-insulate ang mga semiconductor ay nauwi sa alinman sa pagkagambala sa kanilang paggana o pagkasira sa kanila.
"Sa nakalipas na dalawang taon, pabalik-balik kaming sumubok ng iba't ibang materyales at diskarte," sabi Michael Wong, isang Rice chemical engineer at co-author sa pag-aaral.
Matapos mabigo ang mahahabang pagsubok na magbunga ng ninanais na resulta, sa wakas ay nakatagpo ang mga mananaliksik ng isang panalong solusyon.
"Ang aming pangunahing insight ay kailangan mo ng dalawang layer sa barrier, isa para harangan ang tubig at isa para gumawa ng magandang electrical contact sa pagitan ng perovskite layer at ng protective layer," sabi ni Fehr.
"Ang aming mga resulta ay ang pinakamataas na kahusayan para sa mga photoelectrochemical cell na walang solar concentration, at ang pinakamahusay sa pangkalahatan para sa mga gumagamit ng halide perovskite semiconductors.
"Ito ang una para sa isang field na dati nang pinangungunahan ng mga mahal na semiconductor, at maaaring kumakatawan sa isang pathway sa komersyal na pagiging posible para sa ganitong uri ng device sa unang pagkakataon," sabi ni Fehr.
Ipinakita ng mga mananaliksik na ang kanilang disenyo ng hadlang ay gumagana para sa iba't ibang mga reaksyon at sa iba't ibang mga semiconductors, na ginagawa itong naaangkop sa maraming mga sistema.
"Umaasa kami na ang mga ganitong sistema ay magsisilbing isang plataporma para sa paghimok ng malawak na hanay ng mga electron sa mga reaksyong bumubuo ng gasolina gamit ang masaganang mga feedstock na may lamang sikat ng araw bilang input ng enerhiya," sabi ni Mohite.
"Sa karagdagang mga pagpapabuti sa katatagan at sukat, maaaring buksan ng teknolohiyang ito ang ekonomiya ng hydrogen at baguhin ang paraan ng paggawa ng mga tao mula sa fossil fuel hanggang sa solar fuel," idinagdag ni Fehr.
Perovskite – Ang mineral na ito ay may mas mataas na conductivity kaysa sa silicon at hindi gaanong marupok. Ito rin ay mas masagana sa Earth. Sa nakalipas na dekada, ang malaking pagsisikap ay humantong sa mga kamangha-manghang pag-unlad, ngunit ang pag-aampon nito sa hinaharap na optoelectronics ay nananatiling isang hamon.
Ang mga perovskite photovoltaic cells ay hindi pa rin matatag at sumasailalim sa maagang pagtanda. Higit pa rito, naglalaman ang mga ito ng lead, isang materyal na lubhang nakakapinsala sa kapaligiran at kalusugan ng tao. Para sa mga kadahilanang ito, ang mga panel ay hindi maaaring ibenta.
Halogenated hybrid perovskites ay isang klase ng mga materyal na semiconductor na naging pokus ng partikular na pananaliksik sa mga nagdaang taon para sa kanilang mga kahanga-hangang katangian ng photoelectric at ang kanilang mga aplikasyon sa mga photovoltaic system.
