Hybridná bunka premieňa slnečné svetlo a vodu na vodík a elektrickú energiu

Anonim

Hybridná bunka premieňa slnečné svetlo a vodu na vodík a elektrickú energiu

energie

Michael Irving

30. októbra 2018

3 obrázky

Nové hybridné zariadenie by mohlo použiť umelú fotosyntézu na rozdelenie vody na vodík a kyslík a zachytenie niektorých nadbytočných energií ako elektriny (Credit: Sashkin7 / Depositphotos)

Jednou z hlavných metód výroby vodíka pre palivové články je použitie umelého fotosyntéza na rozdelenie vody na vodík a kyslík, ale tieto zariadenia stále trpia niektorými problémami efektívnosti. Teraz nové hybridné zariadenie môže byť schopné zotaviť časť energie, ktorá by inak bola odpadná, tým, že produkuje vodík aj elektrinu.

Veľké pokroky sa v poslednej dobe robili v oblasti výroby vodíka z umelého fotosyntézy, zlepšenia účinnosti, zníženia nákladov a vývoja inteligentných systémov, aby sa dostali do práce, ako sú súpravy, ktoré plávajú na oceáne a zbierajú vodík z vody pod nimi.

Napriek zlepšeniu zostáva účinnosť na prebiehajúcom probléme. Mnohé umelé zariadenia na fotosyntézu môžu využívať iba jednociferné percentá slnečného svetla, ktoré ich zasiahne, v porovnaní s bežnými fotovoltaickými systémami, ktoré často dosahujú 20% účinnosť konverzie, a je známe, že dosahujú až 45 percent. Výskumníci v novej štúdii od laboratória Berkeley Lab a Spoločného centra pre umelú fotosyntézu (JCAP) obviňovali zložky, ktoré nie sú súčasťou kremíka v zariadeniach na rozdeľovanie vody, na zníženie účinnosti kremíka.

"Je to ako vždy jazdiť na prvom stupni, " hovorí Gideon Segev, vedúci autor štúdie. "Je to energia, ktorú by ste mohli ťažiť, ale pretože kremík nie je aktívny na svojom maximálnom bode, väčšina excitovaných elektrónov v kremíku nemá kam ísť, takže strácajú svoju energiu skôr, než sa použijú na užitočnú prácu . "

Odpoveď môže byť prekvapujúco jednoduchá - prečo nielen nechať tieto elektróny von? Na to výskumníci pridal druhý elektrický kontakt na zadnú stranu kremíkovej súčasti zariadenia. To rozdeľuje prúd produkovaný energiou slnečného svetla, čo umožňuje časti prúdu rozdeliť vodu na vodík a kyslík a niektoré sa zachytia ako elektrina. Nazbierali nové zariadenie hybridné fotoelektrochemické a voltaické články (HPEV).

Pre informáciu výskumní pracovníci vypočítali, že konvenčné zariadenie na umelé fotosyntézy používajúce kremík a vanadičnan bizmutu má účinnosť 6, 8 percenta. Na porovnanie, bunka HPEV vyrobená s použitím tých istých komponentov by konvertovala dodatočnú 13, 4 percenta solárnej energie na elektrickú energiu. Spolu s 6, 8 percentami, ktoré sa dostanú do výroby vodíka, by bunka mala kombinovanú účinnosť 20, 2 percenta.

Výskumníci prvýkrát testovali svoj projekt HPEV pomocou simulácií predtým, než vytvorili prototyp. Samozrejme, zariadenie v reálnom svete fungovalo tak, ako bolo dúfané. Tím plánuje pokračovať v zdokonaľovaní zariadenia, ako aj skúmaním ďalších aplikácií, vrátane znižovania emisií CO2.

Štúdia bola publikovaná v časopise Nature Materials .

Zdroj: Berkeley Lab

Autori štúdie, Gideon Segev a Jeffrey W. Beeman (Kredit: Marilyn Chung / Berkeley Lab, Jeffrey W. Beeman / Berkeley Lab)

Schéma bunky HPEV (kredit: Berkeley Lab, JCAP)

Nové hybridné zariadenie by mohlo použiť umelú fotosyntézu na rozdelenie vody na vodík a kyslík a zachytenie niektorých nadbytočných energií ako elektriny (Credit: Sashkin7 / Depositphotos)