Мощный новый солнечный элемент вырабатывает как водородное топливо, так и электроэнергию

В области, в которой изгиб воды встречается с возобновляемой энергией, исследователи успешно использовали фотосинтез для расщепления воды с получением водородного топлива. Расщепление Н2О на молекулярном уровне - это то, что ученые делают уже более 200 лет, и оно могло бы стать заманчивым ключом к экономике выбросов водорода без выбросов - если только ее можно было бы расширить.

К счастью, мы добились прогресса в снижении затрат, и исследователи также приблизились к овладению искусством искусственного фотосинтеза, но низкая эффективность не дает процессу мечтать о больших масштабах, по крайней мере до сих пор.

Это согласно новой газете, выпущенной в понедельник в Материалы природы Национальной Лабораторией Лоуренса Беркли, которая представляет простое, элегантное гибридное решение, которое обходит существующее узкое место для фотоэлектрохимических элементов.

«Это бесплатный обед», - говорит ведущий исследователь Гидеон Сегев. обратный.

Видео по теме

Фотоэлектрохимические клетки - наука, изгибающая воду и свет

Фотоэлектрохимические элементы обычно представляют собой набор различных материалов, поглощающих свет. Каждый слой поглощает волны различной длины, создавая электрические напряжения, которые достигают максимального напряжения, достаточного для расщепления воды на кислород и водородное топливо.

Это, естественно, звучит как хорошее использование солнечного света. Но даже когда кремниевые солнечные элементы работают хорошо, возникают проблемы, когда другие материалы в стеке не могут соответствовать своим характеристикам, что приводит к потере энергии.

«Вам нужны два материала, в идеале кремний и еще какой-то другой материал, который будет поглощать более энергетическую часть материала», - говорит Сегев. «Узким местом в системе является и всегда будет другой материал, поэтому исследования в основном направлены на то, чтобы сделать другой материал лучше».

Как электроны представляют элегантное решение

После стольких исследований, посвященных этому «другому материалу», Сегев и его команда решили сделать шаг назад, посмотрев, как они могут улучшить всю систему. И они поняли, что есть еще один источник энергии, ожидающий подключения: электроны.

«У вас есть этот полупроводниковый материал, и он поглощает свет. Свет можно рассматривать как частицу. Поэтому, когда фотон поглощается, он отдает свою энергию электрону в возбужденном состоянии », - объясняет Сегев. «Можно сказать, что у электрона есть определенное время, прежде чем он потеряет свою энергию, энергию, которую ему дали фотоны.

Предыдущее исследование просто позволило клеткам нагреться и позволить энергии рассеяться. Команда Сегева буквально дала энергии электрона выход. В то время как большинство устройств для расщепления воды обычно имеют две стороны: одну для производства солнечного топлива, а другую для выпуска тока, этот новый прототип имеет два выхода сзади, один для выработки солнечного топлива и один для электроэнергии. Два вида энергии, одна клетка.

Прототип, для создания которого потребовалось 19 итеративных итераций в течение года, обладает потрясающим потенциалом - коэффициент полезного действия солнечной энергии и водородного топлива по сравнению с ее нынешним показателем - 6,8 процента. С идеальными материалами, группа рассчитала потенциальное увеличение до 20,2 процента, утроив скорость обычных солнечных водородных элементов.

Внезапно солнечные водородные заправочные станции будущего не кажутся безнадежными, хотя необходимы дополнительные исследования, прежде чем мы сможем вызвать водородную утопию.

«Если бы это работало эффективно и было бы конкурентоспособным по стоимости, возможно, мы могли бы начать говорить о коммерческих или водородных заправочных станциях, работающих на солнечной энергии», - говорит Сегев. «Но я думаю, что все это очень преждевременно на данном этапе, поэтому мы не находимся в той стадии, когда мы можем говорить о том, чтобы сделать это технологией, которую люди увидят в своей жизни завтра утром».

Но Сегеву мы можем мечтать.

Исправление: в предыдущей версии истории ошибочно напечатано, что прототип достиг тройной эффективности, в то время как это остается расчетом. История была обновлена ​​с дополнительным комментарием от автора исследования.