Мощна нова слънчева клетка произвежда водородно гориво и електрическа енергия

В областта, която по същество води огъване, среща възобновяема енергия, учените успешно са използвали фотосинтезата, за да разделят водата, за да произвеждат водородно гориво. Разделянето на H2O на молекулярно ниво е нещо, което учените правят в продължение на повече от 200 години и биха могли да задържат примамливия ключ към икономиката на водорода без емисии - ако само тя може да бъде увеличена.

За щастие постигнахме напредък в намаляването на разходите, а изследователите също се доближиха до овладяването на изкуството на изкуствената фотосинтеза, но ниската ефективност не позволява на процеса да мечтае голям, поне досега.

Това е според нов доклад, публикуван в понеделник Материали за природата от Националната лаборатория на Лорънс Бъркли, която представя просто, елегантно хибридно решение, което заобикаля сегашното затруднение за фотоелектрохимичните клетки.

"Това е безплатен обяд", казва главният изследовател Гидеон Сегев обратен.

Свързано видео

Фотоелектрохимичните клетки са свръхналягане на водата и светлината на науката

Фотоелектрохимичните клетки обикновено са купчина от различни материали, които абсорбират светлината. Всеки слой поглъща различна дължина на вълната, изграждайки електрически напрежения, които завършват с достатъчно силно напрежение, за да се раздели водата на кислород и водородно гориво.

Това, естествено, звучи като добра употреба на слънчева светлина. Но дори когато силициевите слънчеви клетки работят добре, възникват проблеми, когато други материали в стека не могат да съвпаднат с неговите характеристики, оставяйки енергия да се губи.

"Имате нужда от два материала, в идеалния случай силиций и отгоре на някой друг материал, който ще абсорбира по-енергичната част от материала", казва Сегев. "Затруднението в системата е и винаги ще бъде другият материал, така че изследванията са най-вече за подобряване на другия материал."

Как електроните представят елегантно решение

С толкова много изследвания, които се фокусираха върху този „друг материал“, Сегев и неговият екип решиха да направят крачка назад, гледайки как биха могли да направят цялата система по-добра. И те осъзнаха, че има друг източник на енергия, който чака да бъде подслушван: електрони.

- Имате този полупроводников материал и той абсорбира светлината. Светлината може да се разглежда като частица. Така, когато фотонът се абсорбира, той дава своята енергия на електрона, в неговото възбудено състояние, ”обяснява Сегев. - Може да се каже, че електронът има определено време, преди да загуби своята енергия, енергията, която фотоните му дават.

Предишни изследвания просто позволиха на клетките да се нагреят и да оставят енергията да се разсее. Екипът на Сегев буквално даде енергия на електрона на изхода. Докато повечето устройства за разделяне на вода обикновено имат две страни, една за производство на слънчеви горива, а другата за освобождаване на ток, този нов прототип има два изхода в гърба, един за генериране на слънчево гориво и един за електрическа енергия. Два вида енергия, една клетка.

Прототипът, който трябваше да създаде 19 вбесяващи повторения в продължение на една година, има драматичен потенциал за ефективност на слънчевата енергия за водородното гориво от сегашното си ниво от 6,8%. С идеалните материали, групата изчислява потенциалното увеличение до 20,2%, утрояващ скоростта на конвенционалните соларни водородни клетки.

Внезапно слънчевите водородни станции за зареждане с гориво на бъдещето не изглеждат безнадеждни, въпреки че са необходими допълнителни изследвания, преди да можем да постигнем утопия с водородно захранване.

„Ако работи ефективно и ще бъде конкурентно изгодно, може би ще започнем да говорим за търговски или водородни бензиностанции, които се захранват от слънцето“, казва Сегев. - Но мисля, че на този етап всичко това е твърде преждевременно, така че не сме в момент, в който можем да говорим за това, че тази технология ще бъде видяна от хората утре сутринта.

Но Сегев, можем да мечтаем.

Корекция: Предишна версия на историята погрешно отпечата, че прототипът постига тройна ефективност, докато това остава изчисление. Историята е актуализирана с допълнителни коментари от автора на изследването.