Potężna nowa ogniwo słoneczne wytwarza zarówno paliwo wodorowe, jak i energię elektryczną

W dziedzinie, w której zasadniczo zachodzi zjawisko gięcia wody i energii odnawialnej, naukowcy z powodzeniem wykorzystali fotosyntezę do rozszczepienia wody w celu wytworzenia paliwa wodorowego. Rozdzielanie H2O na poziomie molekularnym jest czymś, co naukowcy robią od ponad 200 lat i mogą utrzymać kuszący klucz do bezemisyjnej gospodarki wodorowej - gdyby tylko można było ją powiększyć.

Na szczęście poczyniliśmy postępy w obniżaniu kosztów, a naukowcy zbliżyli się również do opanowania sztuki sztucznej fotosyntezy, ale niska wydajność sprawia, że ​​proces nie śni o dużych rozmiarach, przynajmniej do tej pory.

To według nowego artykułu opublikowanego w poniedziałek Materiały przyrodnicze Lawrence Berkeley National Laboratory przedstawia proste, eleganckie rozwiązanie hybrydowe, które omija obecne wąskie gardło dla fotoelektrochemicznych ogniw.

„To darmowy lunch” - mówi badacz Gideon Segev Odwrotność.

Powiązane wideo

Fotoelektrochemiczne ogniwa to wodne i lekkie zginanie

Komórki fotoelektrochemiczne są zwykle stosem różnych materiałów pochłaniających światło. Każda warstwa pochłania inną długość fali, tworząc napięcia elektryczne, których kulminacją jest napięcie wystarczająco silne, aby rozdzielić wodę na tlen i paliwo wodorowe.

To oczywiście brzmi jak dobre wykorzystanie światła słonecznego. Ale nawet gdy krzemowe ogniwa słoneczne działają dobrze, pojawiają się problemy, gdy inne materiały w stosie nie mogą się równać z jego wydajnością, pozwalając energii marnować się.

„Potrzebne są dwa materiały, najlepiej krzem, a na dodatek jakiś inny materiał, który wchłonie bardziej energetyczną część materiału” - mówi Segev. „Wąskie gardło w systemie jest i zawsze będzie innym materiałem, więc badania mają głównie na celu ulepszenie innego materiału”.

Jak elektrony prezentują eleganckie rozwiązanie

Przy tak wielu badaniach koncentrujących się na tym „innym materiale” Segev i jego zespół postanowili cofnąć się o krok, przyglądając się, w jaki sposób mogą ulepszyć cały system. I zdali sobie sprawę, że istnieje całe inne źródło energii czekające na stuknięcie: elektrony.

„Masz ten materiał półprzewodnikowy i pochłania światło. Światło można uważać za cząstkę. Kiedy więc foton jest pochłaniany, oddaje swoją energię elektronowi w stanie wzbudzonym - wyjaśnia Segev. „Można powiedzieć, że elektron ma określony czas, zanim straci swoją energię, energię, którą dały mu fotony.

Poprzednie badania po prostu pozwoliły komórkom się rozgrzać i pozwolić energii się rozproszyć. Zespół Segeva dosłownie dał energii elektronu ujście. Podczas gdy większość urządzeń do rozszczepiania wody ma zazwyczaj dwie strony, jedną do produkcji paliw słonecznych, a drugą do uwalniania prądu, ten nowy prototyp ma dwa wyjścia z tyłu, jeden do wytwarzania paliwa słonecznego i jeden do zasilania elektrycznego. Dwa rodzaje energii, jedna komórka.

Prototyp - który w ciągu roku spowodował 19 irytujących iteracji - ma ogromny potencjał, jeśli chodzi o sprawność energii słonecznej do paliwa wodorowego z obecnego poziomu 6,8%. Dzięki idealnym materiałom grupa obliczyła potencjalny wzrost do 20,2 procent, potrojąc tempo konwencjonalnych ogniw wodorowych.

Nagle przyszłe stacje napędzające wodór na energię słoneczną nie wydają się beznadziejne, choć konieczne są dodatkowe badania, zanim będziemy mogli doprowadzić do utopii napędzanej wodorem.

„Gdyby działało wydajnie i było konkurencyjne kosztowo, może moglibyśmy zacząć rozmawiać o komercyjnych lub wodorowych stacjach zasilanych energią słoneczną” - mówi Segev. „Sądzę jednak, że na tym etapie wszystko to jest przedwczesne, więc nie jesteśmy w punkcie, w którym możemy mówić o tym, że jutro rano ludzie będą widzieć technologię w swoim życiu”.

Ale Segev, możemy marzyć.

Korekta: poprzednia wersja opowieści błędnie wydrukowała, że ​​prototyp osiągnął potrójną wydajność, podczas gdy pozostaje to obliczeniem. Historia została zaktualizowana dodatkowym komentarzem autora badania.