Zmogljiva nova sončna celica proizvaja tako vodikovo gorivo kot električno energijo

Na področju, ki se večinoma upogiba z vodo, se raziskovalci uspešno ukvarjajo s fotosintezo, da bi pridobili vodikovo gorivo. Razdelitev H2O na molekularni ravni je nekaj, kar so znanstveniki počeli že več kot 200 let, in bi lahko zadržali privlačen ključ za ekonomijo vodika brez emisij - če bi jo le lahko povečali.

Na srečo smo dosegli napredek pri zniževanju stroškov, raziskovalci pa so se prav tako približali obvladovanju umetne fotosinteze, vendar nizka učinkovitost ohranja proces sanjanja, vsaj do sedaj.

To je v skladu z novim dokumentom, objavljenim v ponedeljek Materiali narave Nacionalni laboratorij Lawrence Berkeley predstavlja preprosto, elegantno hibridno rešitev, ki obide trenutno ozko grlo za fotoelektrokemične celice.

"To je brezplačno kosilo," pravi vodilni raziskovalec Gideon Segev Inverse.

Sorodni video

Fotoelektrokemične celice so znanstveno vodno in svetlobno upogibanje

Fotoelektrokemične celice so običajno kup različnih materialov, ki absorbirajo svetlobo. Vsaka plast absorbira drugačno valovno dolžino, kar ustvarja električne napetosti, ki dosežejo vrh, ki je dovolj močan, da razdeli vodo v kisik in vodikovo gorivo.

To seveda zveni kot dobra raba sončne svetlobe. Toda tudi, ko silicijske sončne celice dobro delujejo, se pojavijo problemi, ko se drugi materiali v skladu ne ujemajo z njegovimi zmogljivostmi, tako da energija preide v odpadke.

"Potrebujete dva materiala, idealno silicij in poleg tega nekaj drugega materiala, ki bi absorbiral bolj energičen del materiala," pravi Segev. "Ozko grlo v sistemu je in bo vedno drugo gradivo, zato je raziskava predvsem v tem, da je drugi material boljši."

Kako elektroni predstavljajo elegantno rešitev

S toliko raziskavami, ki so se osredotočale na ta »drugi material«, se je Segev in njegova ekipa odločila narediti korak nazaj, ko so si ogledali, kako bi lahko izboljšali celoten sistem. In spoznali so, da obstaja še en energetski vir, ki čaka, da ga potegnete: elektroni.

»Imate ta polprevodniški material in absorbira svetlobo. Svetlobo lahko razumemo kot delce. Torej, ko se foton absorbira, odda energijo elektronu, v njegovem razburjenem stanju, «pojasnjuje Segev. »Lahko rečemo, da ima elektron specifičen čas, preden izgubi energijo, energijo, ki jo je dal fotoni.

Prejšnje raziskave so preprosto omogočile celicam, da se ogrejejo in pustile energijo razpršeno. Skupina Segeva je dobesedno dala energijo elektronu vtičnico. Medtem ko ima večina naprav za razdeljevanje vode običajno dve strani, ena za proizvodnjo sončnih goriv in druga za sprostitev toka, ta novi prototip ima dva odtoka na zadnji strani, enega za proizvodnjo sončne energije in enega za električno energijo. Dve vrsti energije, ena celica.

Prototip, ki je v enem letu povzročil 19 razburljivih ponovitev, ima dramatičen potencial za stopnjo učinkovitosti sončne energije za vodikovo gorivo iz sedanje stopnje 6,8 odstotka. S idealnimi materiali je skupina izračunala potencialno povečanje na 20,2 odstotka, kar je potrojilo običajne solarne vodikove celice.

Nenadoma se sončne vodikove postaje za oskrbo z gorivom v prihodnosti ne zdijo brezupne, čeprav so potrebne dodatne raziskave, preden lahko dosežemo utopijo na vodikov pogon.

»Če bi deloval učinkovito in stroškovno konkurenčno, bi lahko začeli govoriti o komercialnih postajah za oskrbo z gorivom, ki jih poganja sonce,« pravi Segev. "Toda mislim, da je na tej stopnji vse to prezgodaj, zato ne moremo govoriti o tem, da bi to tehnologijo, ki bi jo ljudje videli v svojem življenju jutri zjutraj."

Segev, lahko sanjamo.

Popravek: Prejšnja različica zgodbe je napačno natisnila, da je prototip dosegel trojno učinkovitost, medtem ko je to še vedno izračun. Zgodba je bila posodobljena z dodatnimi komentarji avtorja študije.