תא היברידי הופך אור שמש ומים למימן וחשמל

Anonim

תא היברידי הופך אור שמש ומים למימן וחשמל

אנרגיה

מייקל אירווינג

30 באוקטובר, 2018

3 תמונות

מכשיר היברידי חדש יכול להשתמש פוטוסינתזה מלאכותית כדי לפצל מים למימן וחמצן, וללכוד כמה אנרגיה עודפת כחשמל (אשראי: Sashkin7 / Depositphotos)

אחת השיטות העיקריות של ייצור מימן לתאי דלק היא להשתמש פוטוסינתזה מלאכותית כדי לפצל מים למימן וחמצן, אבל התקנים אלה עדיין סובלים כמה בעיות יעילות. עכשיו מכשיר היברידי חדש עשוי להיות מסוגל לשחזר חלק מהאנרגיה כי אחרת היה הולך לבזבז, על ידי הפקת הן מימן וחשמל.

צעדים גדולים נעשו לאחרונה בייצור מימן מ פוטוסינתזה מלאכותית, שיפור היעילות, הפחתת עלות, ופיתוח מערכות חכמות לשים אותו לעבודה, כמו אסדות שצפות על האוקיינוס ​​מימן מימן מן המים מתחת.

אבל למרות שיפורים, יעילות נשאר על בעיה מתמשכת. מכשירים פוטוסינטזה מלאכותיים רבים יכולים לעשות שימוש רק באחוזים חד-ספריים של אור השמש המכה אותם, בהשוואה למערכות פוטו-וולטאיות רגילות, המגיעות לעתים קרובות ל -20% יעילות ההמרה, וידוע כי הן מגיעות ל -45%. החוקרים על המחקר החדש, ממעבדת ברקלי והמרכז המשותף לפוטוסינתזה מלאכותית (JCAP), האשימו את רכיבי הסיליקון שאינם של התקני פיצול המים על מנת להפיל את יעילות הסיליקון.

"זה כמו לרוץ תמיד ברכב ראשון", אומר גדעון שגב, הכותב הראשי של המחקר. "זה אנרגיה שאתה יכול לקצור, אבל בגלל הסיליקון הוא לא פועל בנקודת הכוח המקסימלית שלו, רוב האלקטרונים הנרגשים בסיליקון אין לאן ללכת, אז הם מאבדים את האנרגיה שלהם לפני שהם מנוצלים לעשות עבודה שימושית . "

התשובה עשויה להיות פשוטה להפתיע - למה לא רק לתת אלה electrons החוצה? לשם כך, החוקרים הוסיפו מגע חשמלי נוסף לחלק האחורי של רכיב הסיליקון בהתקן. זה מפצל את זרם המיוצר על ידי אור השמש של אנרגיה, המאפשר לחלק הנוכחי כדי לפצל את המים למימן וחמצן, וכמה להיות שנתפסו כחשמל. הם כינו את המכשיר החדש בתא היברידי פוטו-אלקטרוכימי ופלטי (HPEV).

לשם השוואה, החוקרים חישבו כי מכשיר פוטוסינתזה מלאכותי קונבנציונאלי באמצעות סיליקון ביסמוט ואנדאטה תהיה יעילות של 6.8 אחוזים. לשם השוואה, תא HPEV העושה שימוש באותם רכיבים ימיר 13.4% נוספים מאנרגיית השמש לחשמל. יחד עם 6.8 אחוזים כי זה הולך לייצר מימן, התא היה משולב יעילות של 20.2 אחוזים.

החוקרים בדקו תחילה את תכנון HPEV שלהם על ידי סימולציות ריצה, לפני בניית אב טיפוס. ואכן, מכשיר העולם האמיתי עבד כמצווה. הצוות מתכוון להמשיך ולשפר את המכשיר, כמו גם לחקור יישומים אחרים עבור אותו, כולל הפחתת פליטת CO2.

המחקר פורסם בכתב העת Nature Materials .

מקור: מעבדה ברקלי

מחברי המחקר, גדעון שגב וג'פרי וו. בימן (מעבדה: מרילין צ'ונג / ברקלי, ג'פרי וו. בימן / מעבדה בברקלי)

סכמטית של התא HPEV (אשראי: ברקלי מעבדה, JCAP)

מכשיר היברידי חדש יכול להשתמש פוטוסינתזה מלאכותית כדי לפצל מים למימן וחמצן, וללכוד כמה אנרגיה עודפת כחשמל (אשראי: Sashkin7 / Depositphotos)