Jaudīga jauna saules baterija ražo gan ūdeņraža degvielu, gan elektroenerģiju

Jomā, kas būtībā ir ūdens locīšana, jāatbilst atjaunojamai enerģijai, pētnieki veiksmīgi izmantoja fotosintēzi ūdens sadalīšanai, lai ražotu ūdeņraža degvielu. H2O sadalīšana molekulārā līmenī ir tas, ko zinātnieki ir darījuši jau vairāk nekā 200 gadus, un tas varētu aizkavēt ūdeņraža emisiju, kas nav saistīta ar emisijām, ja vien to varētu palielināt.

Par laimi, mēs esam guvuši panākumus, samazinot izmaksas, un pētnieki ir guvuši arī tuvu mākslīgās fotosintēzes mākslas apguvei, bet zemā efektivitāte saglabā procesu no sapņošanas lieliem, vismaz līdz šim.

Tas ir saskaņā ar jaunu dokumentu, kas publicēts pirmdien Dabas materiāli Lawrence Berkeley National Laboratory, kas piedāvā vienkāršu, elegantu hibrīda risinājumu, kas apiet pašreizējo fotoelektrisko ķīmisko elementu sašaurinājumu.

"Tā ir bezmaksas pusdienas," stāsta vadošais pētnieks Gideons Segevs Apgrieztā.

Saistītais video

Fotoelektriskās ķīmiskās šūnas ir zinātnes ūdens un vieglās lieces

Fotoelektriskās ķīmiskās šūnas parasti ir dažādu materiālu kaudze, kas absorbē gaismu. Katrs slānis absorbē atšķirīgu viļņa garumu, veidojot elektriskos spriegumus, kas beidzas ar pietiekamu spriegumu, lai sadalītu ūdeni skābekļa un ūdeņraža degvielā.

Tas, protams, izklausās kā laba saules gaismas izmantošana. Bet pat tad, ja silīcija saules baterijas darbojas labi, rodas problēmas, kad citi materiāli, kas atrodas kaudzē, nesakrīt ar tā veiktspēju, ļaujot enerģijai iet uz atkritumiem.

„Jums ir nepieciešami divi materiāli, ideāli silīcijs un papildus tam citam materiālam, kas absorbētu materiāla enerģiskāko daļu,” saka Segevs. „Sistēmas trūkums ir vienmēr un būs otrs materiāls, tāpēc pētniecība galvenokārt ir, lai padarītu otru materiālu labāku.”

Kā elektroniem ir elegants risinājums

Ar tik daudziem pētījumiem, kas vērsti uz šo „citu materiālu”, Segev un viņa komanda nolēma veikt soli atpakaļ, aplūkojot, kā viņi varētu padarīt visu sistēmu labāku. Un viņi saprata, ka ir kāds cits enerģijas avots, kas gaida, lai tiktu izmantots: elektroni.

„Jums ir šis pusvadītāju materiāls, un tas absorbē gaismu. Gaismu var uzskatīt par daļiņu. Tātad, kad fotons tiek absorbēts, tas enerģiju piešķir elektronam, tā satrauktajā stāvoklī, ”skaidro Segevs. „Jūs varat teikt, ka elektronam ir īpašs laiks, pirms tā zaudē savu enerģiju, enerģiju, ko fotoni to deva.

Iepriekšējie pētījumi vienkārši ļāva šūnām uzsildīties un ļaut enerģijai izkliedēties. Segeva komanda burtiski deva elektrona enerģiju noieta. Lai gan lielākajā daļā ūdens sadalīšanas ierīču parasti ir divas puses, no kurām viena ražo saules enerģiju, bet otrs - atbrīvot pašreizējo, šis jaunais prototips ir aprīkots ar diviem noietiem aizmugurē, vienu - saules degvielas ražošanai un vienu - elektroenerģijas ražošanai. Divi enerģijas veidi, viena šūna.

Prototipam, kas gada laikā radīja 19 dusmojošas iterācijas, ir dramatisks potenciāls saules enerģijas efektivitātei ūdeņraža degvielai no tās pašreizējā ātruma - 6,8%. Ar ideāliem materiāliem grupa aprēķināja potenciālo pieaugumu līdz 20,2 procentiem, trīskāršojot tradicionālo saules ūdeņraža šūnu ātrumu.

Pēkšņi saules un ūdeņraža degvielas uzpildes stacijas nākotnē nešķiet bezcerīgi, lai gan ir nepieciešami papildu pētījumi, lai varētu ieviest ūdeņradi darbojošu utopiju.

„Ja tas darbotos efektīvi un būtu konkurētspējīgs, varbūt mēs varam sākt runāt par komerciālām vai ūdeņraža degvielas uzpildes stacijām, kuras darbina saule,” saka Segev. "Bet es domāju, ka šajā posmā tas viss ir pāragri, tāpēc mēs neesam tādā brīdī, kad mēs varam runāt par to, ka šī tehnoloģija, ko rīt no rīta raudzīsies viņu dzīvē, ir iespējama."

Bet Segev, mēs varam sapņot.

Korekcija: iepriekšējā stāsta versija kļūdaini izdrukāja, ka prototips sasniedza trīskāršu efektivitāti, bet tas joprojām ir aprēķins. Stāsts ir papildināts ar pētījuma autora papildu komentāriem.