Фотоэлектрохимические панели — новый способ производства водорода
Применяя замечательную комбинацию микроаналитических техник, каковые разрешают в один момент визуализировать уровни и фотоэлектрический ток химических реакций по всей поверхности на микроуровне, исследователи из Технологий и Национального Института Стандартов (National Institute of Standards and Technology (NIST)) пролили свет на то, что может стать действенным способом генерирования водорода напрямую из воды и солнечного света.
Новая разработка фотоэлектрохимических батарей (photoelectrochemical (PEC) cell — FacePla.net) недорогая, действенная и более естественная, поскольку разрешает создавать водород вместо электрического тока. «Важная проблема в солнечной энергетике – непостоянство солнечного света», говорит Daniel Esposito, инженер химии из NIST. «Энергия требуется неизменно, но Солнце светит не всегда, исходя из этого имеется необходимость в конвертации солнечной энергии в такую форму, в которой ее возможно применять, в то время, когда Солнца нет. Для широкомасштабных хранилищ либо транспортировки, водород имеет последовательность преимуществ».
Панели PEC содержат полупроводниковый фотоэлектрод. Он поглощает фотоны и конвертирует их в электроны, каковые употребляются для протекания химических реакций, разделяющих молекулы воды в кислород и водород. Но не все так легко.
Лучшие PEC панели показывают уровень эффективности не более 12,5%, говорит Esposito. «В полной мере ожидаемо, что такие панели будут стоить весьма дорого, тысячи долларов за квадратный метр, и иметь неприятности со стабильностью». Одна из неприятностей содержится в том, что полупроводники очень чувствительны к коррозии из-за электролита на базе воды. Действенные электроды для PEC продолжительное время были недостижимой целью.
Команда ученых из NIST внесла предложение ответ – устройство на базе кремния с металлодиэлектрическим проводником (metal-insulator-semiconductor (MIS)). Мысль содержится в том, дабы поместить тонкий, но весьма равномерный слой диоксида кремния (диэлектрика) на поверхность полупроводника (кремния), что отлично подходит для процесса сбора фотонов.
На поверхности этих слоев массив «горошин» узких электродов, складывающихся из покрытого платиной титана. Стабильный слой оксида защищает полупроводник от электролита, в также время он достаточно узкий и прозрачный для прохождения фотонов к полупроводнику. Появившиеся электроны перемещаются к электродам, где платина катализирует реакцию производства водорода.
Опробования нового устройства показывают эффективность в 2,9%, и высокую стабильность работы. И не смотря на то, что данный показатель эффективности ниже дорогостоящих аналогов, ученые обращают внимание на то, что их дизайн в 15 раз лучше аналогичных MIS-устройств на базе кремния. Кроме этого новые эти микроанализа совокупности показывают, что имеется пара потенциальных дорог для совершенствования устройства.
Источник: NIST.
