Новый рекорд эффективности производства водорода при помощи солнца

Автор: Максим Синайский 16 сентября 2690 просмотров

Новый рекорд эффективности производства водорода при помощи солнца

Комбинированый элемент: двойная солнечная ячейка, покрытая катализатором для расщепления воды

Международная команда ученых значительно увеличила эффективность расщепления воды на водород и кислород с помощью прямых солнечных лучей.
Специальные солнечные элементы преобразует свет напрямую в водород. Они сочетают в себе обычную солнечную ячейку и элемент для электролиза. Эффективность новых комбинированных ячеек достигает 14%, что превышает предыдущий рекорд в 12,4%, который был установлен 17 лет назад. В исследовании приняли участие ученые из Берлинского центра материалов и энергии имени Гельмгольца, Технического университета Ильменау, Института солнечных энергетических систем Фраунхофера и Калифорнийского технологического института. Результаты исследования опубликованы в Nature.

На землю поступает огромное количество солнечной энергии, но, к сожалению, не постоянно и не везде. Один из особенно интересных способов аккумулирования этой энергии - искусственный фотосинтез. Это процесс который очень распространен на земле (он происходит во всех растениях) представляет собой преобразование солнечного света в химическую энергию. Этот процесс можно повторить и с искусственными системами, основанными на полупроводниках. Они вырабатывают электроэнергию с помощью солнечных ячеек и с ее помощью расщепляют воду на кислород и водород. Водород имеет очень высокую плотность энергии и может легко заменить ископаемые виды топлива во многих сферах. Кроме того, это очень экологичное топливо. При сгорании или использовании его в топливных ячейках он не выделяет вредных веществ, а продуктами его переработки является обычная вода. До сих пор, производство солнечного водорода на промышленном уровне было не рентабельно из-за низкой эффективности искусственного фотосинтеза.

Много лет ученые по всему миру, пытались превзойти текущий рекорд эффективности в 12,4%, который был установлен 17 лет назад в Национальной лаборатории возобновляемой энергии в США.

Теперь команда ученых из нескольких институтов значительно превысили этот показатель. Ведущий автор Маттиас Мэй, работающий в Техническом университете Ильменау и Берлинском центре материалов и энергии имени Гельмгольца, исследовал около сотни образцов в его докторской диссертации чтобы достичь таких результатов. Основные компоненты комбинированных солнечных элементов, известны как полупроводники типа III-V. Используя запатентованный фотоэлектрохимический процесс, Мэй может менять структуру поверхности этих полупроводниковых систем для увеличения эффективности расщепления воды.
в
"У нас есть пассивные электронном и химическом плане слои из алюминий-индий-фосфида, соединенные со слоем катализатора для получения водорода. Таким образом, мы можем контролировать стркутуру поверхности на субнанометровом масштабе" , объясняет Мэй.
В начале, образцы работали только несколько секунд, прежде чем их мощность падала. После года оптимизации, они остаются стабильными в течение более 40 часов. Дальнейшие шаги для достижения долгосрочной стабильности в 1000 часов уже ведутся.

Новый рекорд эффективности производства водорода при помощи солнца

Это небольшое устройство преобразует 14% поступающей солнечной энергии в химическую энергию (в виде водорода).

"Прогнозы показывают, что генерация водорода из солнечного света, используя полупроводники может быть экономически конкурентоспособной с ископаемыми источниками энергии на уровнях эффективности 15% и более. Это соответствует цене водорода около четырех долларов США за килограмм", говорит профессор Томас Ханапел, из группы фотовольтаики в Техническом университете Ильменау, который был научным руководителем работы.

Комментарии

Новости партнёров