Фотоэлектрохимическое расщепление воды – прорывная технология использования солнечной энергии для получения водорода

0 0

На протяжении десятилетий исследователи по всему миру искали способы использования солнечной энергии для расщепления молекул воды чтобы получить водород и кислород. Однако значительных успехов достичь не удавалось, поскольку предложенные технологии были либо слишком дорогими, либо имели низкую производительность.

Таким образом, на сегодняшний день отсутствие дешевого «зеленого водорода» по-прежнему ограничивает широкое развитие водородной энергетики.

Исследователи из Техасского университета нашли недорогой способ решения проблемы, используя солнечный свет для эффективного отделения молекул кислорода от воды.

Фотоэлектрохимическое расщепление воды – прорывная технология использования солнечной энергии для получения водорода

Экспериментальная установка для исследований по расщеплению водыФото: Инженерная школа Кокрелла, Техасский университет в Остине.

Для выполнения поставленной задачи нужны материалы, которые хорошо поглощают солнечный свет и в то же время не разлагаются, пока происходят реакции расщепления воды. Но материалы, которые хорошо поглощают солнечный свет — нестабильные в условиях протекания реакции расщепления воды, а стабильные материалы обычно плохо поглощают солнечный свет. Эти противоречия раньше были неразрешимы, но исследователи, объединив несколько материалов в одном устройстве, один из которых эффективно поглощает солнечный свет (например, кремний), а другой, — обеспечивает хорошую стабильность (например, диоксид кремния), поставленную задачу смогли бы разрешить.

Однако при этом возникает другая проблема — электроны и дырки, созданные поглощением солнечного света в кремнии, должны иметь возможность легко перемещаться через слой диоксида кремния. Чтобы процесс происходил, необходимо чтобы слой диоксида кремния был не более нескольких нанометров, однако при этом происходит достаточно быстрое его разрушение.

Прорывным стал метод создания токопроводящих дорожек через толстый слой диоксида кремния, который можно выполнить достаточно просто и масштабировать до больших объемов производства.

Чтобы достичь этого, исследователи использовали технологию, которая примененяется при производстве полупроводниковых электронных чипов.

Фотоэлектрохимическое расщепление воды – прорывная технология использования солнечной энергии для получения водорода

Основная геометрия и функциональность фотоанода. Покрывая слой диоксида кремния тонкой пленкой алюминия и затем нагревая всю структуру, удалось образовать массивы наноразмерных «шипов» алюминия, которые полностью перекрывают слой диоксида кремния. Затем их можно легко заменить никелем или другими материалами, которые являются катализаторами реакции расщепления воды.Рисунок: Инженерная школа Кокрелла, Техасский университет в Остине.

При освещении солнечным светом устройство может эффективно и стабильно работать даже при длительной эксплуатации, получая кислород и водород на соответствующих электродах.

Поскольку технологии, используемые для создания данного устройства, обычно применяются при производстве полупроводниковой электроники, их можно легко масштабировать для массового производства.

При получении «зеленого водорода» упрощение процесса расщепления воды с помощью солнечного света – это ключевая задача научных исследований по развитию водородной энергетики.

Источник: naukatehnika.com
Оставить комментарий

Мы используем файлы cookie. Продолжив использование сайта, вы соглашаетесь с Политикой использования файлов cookie и Политикой конфиденциальности Принимаю

Privacy & Cookies Policy