Нов световен рекорд за ефективност на директното слънчево разделяне на водата

Водородът ще играе централна роля като средство за съхранение в устойчивите енергийни системи на бъдещето. Международен екип от изследователи вече успя да повиши ефективността на производството на водород от директното слънчево разделяне на водата до рекордните 19%. Те са посвтигнали това чрез комбиниране на тандемна слънчева клетка от III-V полупроводници с катализатор от родиеви наночастици и кристално покритие от титанов диоксид. Екипи от Института по технологии в Калифорния, Университета в Кеймбридж, Технически Университет Илмау и Института Фраунхофер за слънчеви енергийни системи са участвали в разработката. Една част от експериментите са проведени в Института за слънчеви горива Helmholtz-Zentrum.

Фотоволтаиците са опорна част от системите за снабдяване с енергия от възобновяеми източници, а слънчевата светлина е изобилна в световен мащаб – но не и денонощно. Едно решение за справяне с тази променливот на производството на чиста енергия е е съхранението на енергията под формата на химически връзки. За целта се използва слънчева светлина за производството на водород. Това е така, защото водородът може да се съхранява лесно и безопасно и да се използва по много начини – например в горивна клетка за генериране на електричество или като суровина за производство на горими горива. Ако се комбинират соларни клетки с катализатори и допълнителни функционални слоеве, за да се образува “монолитен фотоелектрод” във вид на единичен блок, тогава разцепването на водата става особено просто: фотокатодът се потапя във водна среда и когато светлината го огрее, блокът образува водород на предната страна и кислород на задната страна.

За монолитния фотокатод, изследван тук, изследователските екипи комбинирали допълнителни функционални слоеве с високоефективна тандемна клетка от III-V полупроводници, разработени от Fraunhofer ISE. Това им позволило да намалят повърхностното отразяване от клетката, като по този начин се избягват значителни загуби. “Ето това е мястото на иновацията”, обяснява проф. Ханс-Йоахим Леверенц от Caltech в САЩ. “Тъй като вече бяхме постигнали ефективност над 14% с по-ранна клетка през 2015 г., тук сме заменили антикорозионния слой с кристален слой от титанов диоксид, който не само притежава отлични антирефлексни свойства, но и помага на частиците на катализатора да се се прилепват”. Освен това учените използвали нов електрохимичен процес за производство на родиеви наночастици, които служат за катализиране на реакцията на разцепване на водата. “Тези частици са с диаметър само десет нанометра и поради това са оптически почти прозрачни, което ги прави идеални за работата.”

При симулирана слънчева радиация учените постигнали ефективност от 19,3% в разредена водна перхлорна киселина, а в електролит с неутрална PH среда достигнали 18,5%. Тези цифри се доближават до 23% – теоретичната максимална ефективност, която може да бъде постигната с присъщите електронни свойства за тази комбинация от слоеве.

“Слоят от кристален титанов диоксид не само предпазва слънчевата клетка от корозия, но също така подобрява транспорта на заряда благодарение на нейните електронни свойства”“, казва д-р Матиас Май, който е извършил част от експериментите за определяне на ефективността в Института за соларни горива при Helmholtz. Рекордна Той посочва още: “Успяхме да увеличим експлоатационния живот до почти 100 часа. Това е значителен напредък в сравнение с предишните системи, които корозираха за около 40 часа. Въпреки това все още има какво да се направи”.

Коментари

Напиши коментар

E-mail адресът Ви няма да бъде публикуван




*