Придание "тандемного" эффекта расщеплению воды с помощью солнечных батарей

Отказ от ископаемых видов топлива необходим, если мы хотим предотвратить экологический кризис, вызванный глобальным потеплением.

Как промышленность, так и научные круги уделяют большое внимание водороду как реальной чистой альтернативе. Водород практически неисчерпаем, а при его использовании для получения энергии образуется только водяной пар. Однако, чтобы создать действительно экологически чистое водородное общество, нам необходимо иметь возможность массово производить водород в чистом виде.

Фотокатализаторы нового уровня

Одним из способов сделать это является расщепление воды с помощью "искусственного фотосинтеза" - процесса, в котором материалы, называемые "фотокатализаторами", используют солнечную энергию для получения кислорода и водорода из воды. Однако имеющиеся фотокатализаторы еще не достигли того уровня, который необходим для того, чтобы сделать расщепление воды с помощью солнечной энергии экономически оправданным и масштабируемым. Чтобы добиться этого, необходимо решить две основные проблемы: низкую эффективность преобразования солнечной энергии в водород (STH) и недостаточную долговечность фотоэлектрохимических элементов для расщепления воды.

Подписывайтесь на наш youtube канал!

В Технологическом институте Нагои, Япония, профессор Масаши Като и его коллеги упорно работают над тем, чтобы вывести фотокатализаторы на новый уровень, исследуя новые материалы и их комбинации и добиваясь понимания физико-химических механизмов, лежащих в основе их эффективности. В своем последнем исследовании, опубликованном в журнале Solar Energy Materials and Solar Cells, доктору Като и его команде удалось сделать именно это, объединив оксид титана (TiO2) и кубический SiC p-типа (3C-SiC), два перспективных фотокаталитических материала, в тандемную структуру, которая позволяет создать высокопрочный и эффективный элемент для расщепления воды.

В тандемной структуре, изученной командой в их исследовании, оба фотокаталитических материала расположены последовательно: полупрозрачный TiO2 работает как фотоанод, а 3C-SiC - как фотокатод. Поскольку каждый материал поглощает солнечную энергию в разных частотных диапазонах, тандемная структура может заметно повысить эффективность преобразования ячейки для расщепления воды, позволяя большему количеству входящего света возбуждать носители заряда и генерировать необходимые токи.

Лучшие публикации в Telegram-канале Econet.ru. Подписывайтесь!

Команда измерила влияние внешнего напряжения и pH на фототоки, генерируемые в ячейке, а затем провела эксперименты по расщеплению воды при различной интенсивности света. Они также измерили количество вырабатываемого кислорода и водорода. Результаты оказались весьма обнадеживающими, и доктор Като отмечает, что "максимальная эффективность преобразования фотонов в ток при приложении напряжения составила 0,74%. Это значение в сочетании с наблюдаемой продолжительностью работы около 100 дней ставит нашу систему расщепления воды в ряд лучших из существующих на сегодняшний день". Более того, результаты этого исследования намекнули на некоторые потенциальные механизмы, лежащие в основе наблюдаемой эффективности предложенной тандемной структуры.

Для дальнейшего совершенствования фотоэлектрохимических систем расщепления воды до их широкого применения необходимы дальнейшие исследования. Тем не менее, это исследование, несомненно, является шагом на пути к чистому будущему. "Наш вклад должен ускорить развитие технологий искусственного фотосинтеза, которые будут генерировать энергетические ресурсы непосредственно из солнечного света. Таким образом, наши результаты могут помочь в реализации устойчивого развития общества", - говорит доктор Като, рассказывая о своем видении. опубликовано econet.ru по материалам techxplore.com

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet