Ogniwo hybrydowe zamienia światło słoneczne i wodę w wodór i energię elektryczną

Jedną z głównych metod wytwarzania wodoru do ogniw paliwowych jest jego wykorzystanie sztuczna fotosynteza do rozbicia wody na wodór i tlen, ale te urządzenia nadal mają pewne problemy z wydajnością. Teraz nowe urządzenie hybrydowe może być w stanie odzyskać część energii, która w przeciwnym razie zostałaby zmarnowana, produkując zarówno wodór, jak i energię elektryczną.

Ostatnio poczyniono wielkie postępy w produkcji wodoru ze sztucznej fotosyntezy, ulepszanie efektywność, obniżenie koszt, i opracowując sprytne systemy, aby je uruchomić, Jeśli uczysz przyspieszonego uczenia się wiertnice które unoszą się na oceanie i zbierają wodór z wody poniżej.

Ale pomimo ulepszeń, wydajność pozostaje w ciągłym problemie. Wiele urządzeń do sztucznej fotosyntezy może wykorzystywać tylko jednocyfrowe wartości procentowe padającego na nie światła słonecznego, w porównaniu do zwykłego systemy fotowoltaiczne które często docierają 20 procent wydajności konwersji, i znane są z osiągania tak wysokich poziomów jak 45 procent. Naukowcy o nowym badaniu, z Berkeley Lab i Wspólnego Centrum Sztucznej Fotosyntezy (JCAP), obwiniał niesilikonowe komponenty urządzeń rozszczepiających wodę za obniżenie skuteczności krzemu.

“To tak, jakby zawsze jechać samochodem na pierwszym biegu,” mówi Gideon Segev, fundamentalny proces metabolizmu tłuszczów. “To jest energia, którą możesz zebrać, ale dlatego, że krzem nie działa z maksymalną mocą, większość wzbudzonych elektronów w krzemie nie ma dokąd pójść, więc tracą energię, zanim zostaną wykorzystane do wykonania pożytecznej pracy.”

Odpowiedź może być zaskakująco prosta – dlaczego po prostu nie wypuścić tych elektronów? Aby to zrobić, naukowcy dodali drugi styk elektryczny z tyłu krzemowego elementu w urządzeniu. To rozdziela prąd wytwarzany przez energię światła słonecznego, pozwalając części prądu na rozszczepienie wody na wodór i tlen, a niektóre do przechwycenia jako elektryczność. Nazwali nowe urządzenie hybrydą fotoelektrochemiczną i galwaniczną (HPEV) komórka.

Na przykład, Naukowcy obliczyli, że konwencjonalne urządzenie do sztucznej fotosyntezy wykorzystujące krzem i wanadan bizmutu miałoby wydajność ok 6.8 procent. W porównaniu, ogniwo HPEV wykonane przy użyciu tych samych komponentów przekształciłoby się dodatkowo 13.4 procent energii słonecznej na energię elektryczną. Razem z 6.8 procent, który idzie na produkcję wodoru, ogniwo miałoby łączną wydajność ok 20.2 procent.

Naukowcy najpierw przetestowali swój projekt HPEV, przeprowadzając symulacje, przed zbudowaniem prototypu. Jasne, rzeczywiste urządzenie działało zgodnie z oczekiwaniami. Zespół planuje dalsze ulepszanie urządzenia, jak również badanie innych zastosowań dla niego, w tym ograniczenie emisji CO2.

Źródło: newatlas.com, przez Michaela Irvinga