Hybridecel wordt zonlicht en water in waterstof en elektriciteit

Een van de belangrijkste werkwijzen voor het produceren van waterstof voor brandstofcellen is het gebruik van kunstmatige fotosynthese om water te splitsen in waterstof en zuurstof, maar deze apparaten nog steeds last van een aantal efficiency problemen. Nu een nieuwe hybride apparaat in staat zijn om een ​​deel van de energie die anders verloren zou gaan herstellen, door het produceren van zowel waterstof als elektriciteit.

Grote stappen zijn onlangs gemaakt in de productie van waterstof uit kunstmatige fotosynthese, het verbeteren van de rendement, het verlagen van de kosten, en het ontwikkelen van slimme systemen om hiermee aan de slag, net zoals rigs die op de oceaan drijven en waterstof oogsten uit het water eronder.

Maar ondanks verbeteringen, efficiëntie blijft permanent probleem. Veel kunstmatige fotosynthese apparaten kunnen alleen gebruik maken van single-digit percentages van het zonlicht dat hen raakt maken, vergeleken met de reguliere fotovoltaïsche installaties die vaak bereiken 20 omzettingspercentage efficiënties, en zijn bekend zo hoog te krijgen 45 procent. De onderzoekers op de nieuwe studie, van Berkeley Lab en het Gemeenschappelijk Centrum voor kunstmatige fotosynthese (JCAP), schuld de niet-siliconen componenten van de water-splitsing inrichtingen voor het terugdringen van de effectiviteit van het silicium.

“Het is als altijd het runnen van een auto in de eerste versnelling,” zegt Gideon Segev, hoofdauteur van de studie. “Dit is de energie die je zou kunnen oogsten, maar omdat silicium niet optreedt op zijn maximum power point, het grootste deel van de aangeslagen elektronen in het silicium kunnen nergens heen, zodat ze hun energie verliezen voordat ze worden gebruikt om nuttig werk te doen.”

waarom niet gewoon die elektronen slaakte - Het antwoord kan verrassend eenvoudig zijn? Om dit te doen, de onderzoekers toegevoegd een tweede elektrisch contact aan de achterkant van het siliciumbestanddeel in de inrichting. Dat splitst de stroom die door de energie van de zon's, waardoor sommige van de stroom naar het water te splitsen in waterstof en zuurstof, en een aantal vast te leggen als elektriciteit. Ze noemde het nieuwe apparaat een hybride foto-elektrochemische en fotovoltaïsche (HPEV) cel.

Als referentie, de onderzoekers berekend dat een gebruikelijke kunstmatige fotosynthese apparaat met silicium en bismut vanadaat een rendement zou 6.8 procent. Ter vergelijking, een HPEV cel gemaakt met behulp van deze dezelfde componenten zou een extra omzetten 13.4 procent van de zonne-energie in elektriciteit. Samen met de 6.8 procent dat gaat in de productie van waterstof, de cel een gecombineerd rendement hebben van 20.2 procent.

De onderzoekers eerst hun HPEV ontwerp getest door het uitvoeren van simulaties, voor het bouwen van een prototype. Zowaar, de real-world apparaat werkte als gehoopt. Het team is van plan om verder te verbeteren van het apparaat, evenals het onderzoek naar andere toepassingen daarvoor, waaronder CO2-reductie.

Bron: newatlas.com, door Michael Irving