Silná nová solární buňka produkuje jak vodíkové palivo, tak elektrickou energii

V oblasti, která se v podstatě ohýbá vodou, se obnovují energie z obnovitelných zdrojů, výzkumníci úspěšně využili fotosyntézu k rozdělení vody za účelem výroby vodíku. Rozdělení H2O na své molekulární úrovni je něco, co vědci dělají více než 200 let, a mohli by udržet dráždivý klíč od vodíkové ekonomiky bez emisí - pokud by to mohlo být zvýšeno.

Naštěstí jsme dosáhli pokroku při snižování nákladů a vědci se také přiblížili k zvládnutí umění umělé fotosyntézy, ale nízká efektivita udržuje proces od snění velkého, alespoň do teď.

To je podle nového dokumentu vydaného v pondělí Přírodní materiály Lawrence Berkeley National Laboratory, která představuje jednoduché, elegantní hybridní řešení, které obchází současné úzké místo pro fotoelektrochemické buňky.

"Je to volný oběd," říká vedoucí výzkumník Gideon Segev Inverzní.

Související video

Photoelectrochemical buňky jsou věda je voda a světlo ohýbání

Fotoelektrochemické buňky jsou obvykle svazek různých materiálů, které absorbují světlo. Každá vrstva absorbuje jinou vlnovou délku a vytváří elektrické napětí, které vyvrcholí dostatečně silným napětím, které rozdělí vodu na kyslík a vodíkové palivo.

To přirozeně zní jako dobré využití slunečního světla. Ale i když křemíkové solární články fungují dobře, problémy se objevují, když jiné materiály v zásobníku nemohou odpovídat jeho výkonu a nechat energii jít do odpadu.

„Potřebujete dva materiály, ideálně křemík a navíc materiál, který by absorboval energetickou část materiálu,“ říká Segev. "Úzkým místem v systému je a bude vždy dalším materiálem, takže výzkum je většinou v tom, aby byl jiný materiál lepší."

Jak elektrony představují elegantní řešení

Se spoustou výzkumu zaměřeného na tento „jiný materiál“ se Segev a jeho tým rozhodli udělat krok zpět a podívat se na to, jak by mohli celý systém zlepšit. A oni si uvědomili, že existuje celý další zdroj energie, který čeká na odposlech: elektrony.

„Máte tento polovodičový materiál a absorbuje světlo. Světlo lze považovat za částici. Když je tedy foton absorbován, dodává energii elektronu ve svém vzrušeném stavu, “vysvětluje Segev. „Můžete říci, že elektron má určitý čas, než ztratí svou energii, energii, kterou mu fotony poskytly.

Předchozí výzkum jednoduše umožnil buňkám ohřát se a nechat energii rozptýlit. Tým Segeva doslova dal elektronové energii do zásuvky. Zatímco většina zařízení pro dělení vody má obvykle dvě strany, jednu pro výrobu solárních paliv a druhou pro uvolnění proudu, tento nový prototyp má dva vývody v zadní části, jeden pro výrobu solárního paliva a jeden pro elektrickou energii. Dva druhy energie, jedna buňka.

Prototyp, který v průběhu jednoho roku vzbudil 19 rozzuřených iterací, má dramatický potenciál efektivity solární energie k vodíkovému palivu ze svého současného tempa 6,8 procenta. S ideálními materiály skupina vypočítala potenciální nárůst na 20,2 procenta, což ztrojnásobilo rychlost konvenčních solárních vodíkových článků.

Náhle se zdá, že solární a vodíkové čerpací stanice budoucnosti nejsou beznadějné, i když je třeba provést další výzkum, než budeme moci vytvořit vodíkovou utopii.

„Kdyby to fungovalo efektivně a bylo by konkurenceschopné, možná bychom mohli začít hovořit o komerčních nebo vodíkových čerpacích stanicích, které jsou poháněny sluncem,“ říká Segev. "Ale myslím si, že je to v této fázi všechno předčasné, takže nejsme v bodě, kdy bychom mohli mluvit o tom, jak by to zítra ráno mohli lidé vidět ve svých životech."

Ale Segev, můžeme snít.

Oprava: Předchozí verze příběhu chybně vytiskla, že prototyp dosáhl trojnásobné účinnosti, zatímco tento zůstal výpočtem. Příběh byl aktualizován o další komentáře autora studie.