Rice Üniversitesi mühendisleri tarafından yeşil hidrojen teknolojisi için yeni standart belirlendi.
Rice Üniversitesi mühendisleri dönüşebilir Güneş ışığının hidrojene dönüşmesi yeni nesil özellikleri bir araya getiren bir cihaz sayesinde rekor kıran verimlilikle halojenür perovskit yarı iletkenler* ile elektrokatalizörler tek, dayanıklı, uygun maliyetli ve ölçeklenebilir bir cihazda.
Göre Bir çalışma Nature Communications'da yayınlanan bir rapora göre cihaz, %20.8'lik bir güneş enerjisinden hidrojene dönüşüm verimliliğine ulaştı.
Yeni teknoloji, temiz enerjiye doğru atılmış önemli bir adımdır ve güneş enerjisinden elde edilen elektriği enerjiye dönüştürmek için kullanan çok çeşitli kimyasal reaksiyonlar için bir platform görevi görebilir. hammaddeler yakıtlara dönüşür.
Kimya ve biyomoleküler mühendis laboratuvarı Aditya Mohite entegre fotoreaktörü, elektronların transferini engellemeden yarı iletkeni sudan yalıtan bir korozyon önleyici bariyer kullanarak inşa etti.
Kimya ve biyomoleküler mühendisliği doktora öğrencisi ve çalışmanın baş yazarlarından biri olan Austin Fehr, "Kimyasal üretmek için güneş ışığını enerji kaynağı olarak kullanmak, temiz enerji ekonomisinin önündeki en büyük engellerden biridir" dedi.
“Amacımız güneşten elde edilen yakıtları üretebilecek, ekonomik açıdan uygun platformlar inşa etmek. Burada ışığı emen ve elektrokimyasalı tamamlayan bir sistem tasarladık. su bölme kimyası yüzeyinde.”
Cihaz fotoelektrokimyasal hücre olarak biliniyor çünkü ışığın emilmesi, elektriğe dönüştürülmesi ve elektriğin kimyasal reaksiyona güç sağlamak için kullanılması aynı cihazda meydana geliyor. Şimdiye kadar, yeşil hidrojen üretmek için fotoelektrokimyasal teknolojinin kullanılması, düşük verimlilik ve yarı iletkenlerin yüksek maliyeti nedeniyle sekteye uğramaktaydı.
Fehr, "Bu türden tüm cihazlar yalnızca güneş ışığı ve su kullanarak yeşil hidrojen üretiyor, ancak bizimki olağanüstü çünkü rekor kıran bir verime sahip ve çok ucuz bir yarı iletken kullanıyor" dedi.
The Mohite laboratuvarı ve işbirlikçileri, cihazlarını çevirerek cihazı yarattılar. son derece rekabetçi güneş pili suyu oksijen ve hidrojene ayırmak için toplanan enerjiyi kullanabilecek bir reaktöre.
Üstesinden gelmeleri gereken zorluk, halojenür perovskitlerin* suda son derece kararsız olması ve yarı iletkenleri yalıtmak için kullanılan kaplamaların ya işlevlerini bozması ya da onlara zarar vermesiydi.
"Son iki yılda farklı malzeme ve teknikleri denemek için ileri geri gittik" dedi. Michael WongRice kimya mühendisi ve çalışmanın ortak yazarı.
Uzun denemeler istenilen sonucu veremedikten sonra, araştırmacılar sonunda kazanan bir çözüme ulaştı.
Fehr, "Temel görüşümüz, bariyer için iki katmana ihtiyaç duymanızdı; biri suyu bloke edecek, diğeri ise perovskit katmanları ile koruyucu katman arasında iyi elektriksel temas sağlayacak" dedi.
"Sonuçlarımız, güneş konsantrasyonu olmayan fotoelektrokimyasal hücreler için en yüksek verimliliği ve halojenür perovskit yarı iletkenleri kullananlar için genel olarak en iyisidir.
Fehr, "Bu, tarihsel olarak fahiş derecede pahalı yarı iletkenlerin hakim olduğu bir alan için bir ilktir ve bu tür bir cihazın ticari fizibilitesine giden yolu ilk kez temsil edebilir" dedi.
Araştırmacılar, bariyer tasarımlarının farklı reaksiyonlar için ve farklı yarı iletkenlerle çalıştığını ve bunun birçok sisteme uygulanabilir hale geldiğini gösterdi.
Mohite, "Bu tür sistemlerin, enerji girişi olarak yalnızca güneş ışığı ile bol miktarda hammadde kullanarak geniş bir yelpazedeki elektronları yakıt oluşturan reaksiyonlara yönlendirecek bir platform görevi göreceğini umuyoruz" dedi.
Fehr, "İstikrar ve ölçekte daha fazla iyileştirme yapılmasıyla birlikte bu teknoloji, hidrojen ekonomisinin önünü açabilir ve insanların fosil yakıtlardan güneş enerjisi yakıtına geçiş yapma şeklini değiştirebilir" diye ekledi.
Perovskit – Bu mineral silikondan daha yüksek iletkenliğe sahiptir ve daha az kırılgandır. Ayrıca Dünya'da çok daha fazla miktarda bulunur. Son on yılda, kayda değer çabalar olağanüstü gelişmelere yol açtı, ancak bunun gelecekteki optoelektronikte benimsenmesi hala bir sorun olmaya devam ediyor.
Perovskit fotovoltaik hücreler hala kararsızdır ve erken yaşlanmaya maruz kalır. Üstelik çevreye ve insan sağlığına son derece zararlı bir madde olan kurşun içerirler. Bu sebeplerden dolayı panellerin pazarlanması mümkün değildir.
Halojenlenmiş hibrit perovskitler olağanüstü fotoelektrik özellikleri ve fotovoltaik sistemlerdeki uygulamaları nedeniyle son yıllarda özel araştırmaların odak noktası haline gelen bir yarı iletken malzeme sınıfıdır.
