Установлен рекорд по сохранению солнечной энергии в водородном топливе

Экология потребления.Технологии: Стэнфордские ученые побили рекорд и могут сохранить 30% энергии, сгенерированной от солнечного света в хранящейся в виде водорода, что побило предшествующий рекорд в 24,4 %.

Солнце имеет потенциал в производстве достаточно  большого количества энергии, но только тогда, когда ученые решают два ключевых вопроса: сохранение энергии для использования в любое время суток (особенно в ночное время) и использование  более экономически эффективной технологии. Группа стэнфордских инженеров добилась значительных успехов на пути к решению проблемы хранения энергиии, в виде эффективного преобразования  полученной солнечной энергии в химические связи. Если команда сможет найти способ снижения стоимости такой технологии, то это может стать огромным шагом на пути созданию жизнеспособной альтернативы современным, загрязняющим окружающую среду, источникам традиционной энергии.

 
Основная идея команды достаточно проста: Использывать электричество полученное с помощью солнечного света, для разделения молекулы воды на водород и кислород. Эта запасенная энергия может быть восстановлена ​​позже, различными способами: путем рекомбинации водорода и кислорода в воду, для производства электроэнергии снова, или путем сжигания газообразного водорода в двигателе внутреннего сгорания, аналогичном тем, которые работают на нефтепродуктах сегодня.

Хотя эти процессы достаточно известны, задача инженеров была превратить знания в эффективный промышленный процесс. Вот где команда во главе с Томасом Харамильо, доцентом кафедры химической технологии и квантовой механики, и Джеймсом Харрисом, профессором электротехники, сделала значительное улучшение. В работе, опубликованной в Nature Communications, говорилось о 30% энергии, сгенерированной от солнечного света и хранящейся в виде водорода, что побило предшествующий рекорд в 24,4 %.

"Эта веха существенно приближает нас к устойчивому и практичному процессу использования расщепления воды в качестве технологии хранения энергии," сказал Харамильо. "Повышение эффективности оказывает заметное влияние на снижение затрат. Мы должны продолжить работу по поиску способов снижения затраты на эту технологию, чтобы конкурировать с традиционными видами топлива ".

Улучшение хранения энергии

Отправной точкой системы солнечных батарей, которую они использовали в своих экспериментах, был более дорогой вариант, который сильно отличался от бытовых солнечных панелей. В то время как типичные панели основаны на кремнии, то солнечные батареи, использованные командой из Стэнфорда, были разработанны в  лаборатории Харриса. В них используются три полупроводниковых материала. Их называют трех-клеммными солнечными батареями, потому что каждый материал настроен так, чтобы захватить синий, зеленый или красный свет, соответственно. Благодаря такой точности, трех-клеммные солнечные батареи преобразуют 39 % поступающей солнечной энергии в электричество, по сравнению с примерно 20 % у кремниевых монокристалических плоских солнечных элементов, смонтированных на крышах домов по всему миру.

Самый важный вопрос для команды был, не сколько энергии они сгенерировали, а сколько энергии сохранилось после расщепления воды. Чтобы решить этот вопрос, Харамильо и его коллеги занялись исследованиями  производительности катализаторов - материалов, которые ускоряют химические реакции. Для того, чтобы сохранить электричество полученное от солнечного света, команде был нееобходим водо-расщепляющий катализатор, который бы помог распаду стабильной молекулы H2O.

Стэнфордская команда увеличила эффективность электролизных устройств таким образом, что производительность водорода выросла в два раза.

"Настройка всех элементов, электроники и химии имеет решающее значение", сказал Харрис. "Вся система должна быть идеально сбалансированной или процесс не будет работать вообще."

Когда их эксперимент был проведен, то измерения показали, что 30 % энергии, первоначально полученной от трех-клемных солнечных элементов были сохранены в виде газообразного водорода.

Расходы

Теперь, когда команда Стэнфордского продемонстрировала эту рекордную эффективность использования расщепления воды  для хранения солнечной энергии, фокус смещается к затратам: трех-клемные солнечные элементы и катализаторы, которые они использовали,  включают в свой состав платину, прекрасно подходящую для экспериментальных установок, но не для промышленного процесса. 

Харамильо и Харрис говорят, что  причиной успеха этого исследования является сотрудничество между различными инженерами и учеными. Команда состояла из  11 исследователей, в том числе сотрудников Национальной ускорительной лаборатории SLAC и специалистов в области химии, технологических процессов и электроники, преследующих две цели - во-первых, выжать все возможное из солнечного света, а затем сохранить как можно больше этой энергии при расщеплении воды.

"Потребовались специалисты в различных областях, чтобы сделать то, что никто из нас не смог бы сделать в одиночку", сказал Харрис. опубликовано econet.ru