Snažna nova solarna ćelija proizvodi i vodikovo gorivo i električnu energiju

Na polju koje se u osnovi sastoji od savijanja vode i obnovljive energije, istraživači su uspješno iskoristili fotosintezu kako bi podijelili vodu kako bi proizveli vodikovo gorivo. Podjela H2O na molekularnoj razini je nešto što znanstvenici rade već više od 200 godina i mogu zadržati privlačan ključ za gospodarstvo vodika bez emisija - samo ako bi se to moglo povećati.

Srećom, postigli smo napredak u smanjenju troškova, a istraživači su se također približili svladavanju umjetnosti umjetne fotosinteze, ali niska učinkovitost sprječava proces sanjanja, barem do sada.

To je prema novom dokumentu objavljenom u ponedjeljak Materijali prirode Nacionalni laboratorij Lawrence Berkeley predstavio je jednostavno, elegantno hibridno rješenje koje zaobilazi trenutno usko grlo za fotoelektrokemijske stanice.

"To je besplatan ručak", kaže glavni istraživač Gideon Segev Inverzan.

Povezani videozapis

Fotoelektrokemijske ćelije su znanost i savijanje svjetla

Fotoelektrokemijske stanice su obično hrpa različitih materijala koji apsorbiraju svjetlost. Svaki sloj apsorbira različite valne duljine, stvarajući električne napone koji kulminiraju naponom dovoljno jakim da razdvoji vodu u kisik i vodikovo gorivo.

To, naravno, zvuči kao dobro korištenje sunčeve svjetlosti. Ali čak i kada silikonske solarne ćelije dobro rade, javljaju se problemi kada drugi materijali u dimnjaku ne mogu odgovarati njegovim performansama, ostavljajući energiju u otpadu.

"Potrebna su vam dva materijala, idealno silicij i povrh toga neki drugi materijal koji bi apsorbirao energetski dio materijala", kaže Segev. "Usko grlo u sustavu je i uvijek će biti drugi materijal, tako da je istraživanje uglavnom u tome da drugi materijal bude bolji."

Kako elektroni predstavljaju elegantno rješenje

S toliko istraživanja koja su se usredotočila na taj “drugi materijal”, Segev i njegov tim odlučili su se vratiti korak unazad, gledajući kako bi mogli poboljšati cijeli sustav. I shvatili su da postoji čitav drugi izvor energije koji čeka da se iskoristi: elektroni.

- Imate ovaj poluvodički materijal i upija svjetlost. Svjetlost se može smatrati česticom. Dakle, kada se foton apsorbira, on daje svoju energiju elektronu, u njegovom pobuđenom stanju, ”objašnjava Segev. „Može se reći da elektron ima određeno vrijeme prije nego što izgubi energiju, energiju koju su joj fotoni dali.

Dosadašnja istraživanja jednostavno su omogućila stanicama da se zagriju i dopuste da se energija rasprši. Segevov tim doslovno je dao energiju elektrona utičnicu. Dok većina uređaja za cijepanje vode obično ima dvije strane, jednu za proizvodnju solarnih goriva, a drugu za ispuštanje struje, ovaj novi prototip ima dva ispusta u stražnjem dijelu, jedan za solarnu proizvodnju goriva i jedan za električnu energiju. Dvije vrste energije, jedna stanica.

Prototip - koji je u godinu dana trajao 19 uznemirujućih iteracija - ima dramatičan potencijal za stupanj iskoristivosti solarne energije za vodikovo gorivo iz sadašnje stope, 6,8 posto. S idealnim materijalima, skupina je izračunala potencijalno povećanje na 20,2 posto, utrostručujući stopu konvencionalnih solarnih vodikovih stanica.

Iznenada, stanice za punjenje solarnih vodika u budućnosti ne izgledaju beznadno, iako su potrebna dodatna istraživanja prije nego što možemo donijeti utopiju na vodikov pogon.

"Ako bi to funkcioniralo učinkovito i bilo bi troškovno konkurentno, možda bismo mogli početi govoriti o komercijalnim ili benzinskim postajama koje pokreću sunce", kaže Segev. "Ali mislim da je sve ovo vrlo preuranjeno u ovoj fazi, tako da nismo u točki u kojoj bismo mogli govoriti o tome da bi to tehnologija koju ljudi vide u svojim životima sutra ujutro."

Ali Segev, možemo sanjati.

Ispravak: Prethodna verzija priče pogrešno je ispisala da je prototip postigao trostruku učinkovitost, dok je to i dalje izračun. Priča je ažurirana dodatnim komentarom autora studije.