שיא עולם חדש ליעילות פיזית ישירה של מים סולאריים

Zeitgeist Addendum (יוני 2019).

Anonim

מימן ישחק תפקיד מרכזי כאמצעי אחסון במערכות אנרגיה בת קיימא. צוות בינלאומי של חוקרים הצליח כעת להעלות את היעילות של הפקת מימן מפרידת מים סולארית ישירה לשיא של 19%. הם עשו זאת על ידי שילוב של תא סולארי טנדם של מוליכים למחצה III-V עם זרז של חלקיקים רודיום ציפוי גבישי ציפוי טיטניום. צוותים של המכון הטכנולוגי של קליפורניה, אוניברסיטת קיימברידג ', Technische Universität Ilmenau, ואת Fraunhofer המכון עבור מערכות אנרגיה סולארית ISE השתתפו בפיתוח עבודות. חלק אחד של הניסויים התקיים במכון לדלקים סולאריים בהלמהולץ-זנטרום ברלין.

Photovoltaics הם עמוד התווך של מערכות אספקת אנרגיה מתחדשת, ואור השמש זמין בשפע ברחבי העולם - אבל לא סביב השעון. פתרון אחד להתמודדות עם הדור כוח מתנודד זה הוא לאחסן את אור השמש בצורה של אנרגיה כימית, במיוחד באמצעות אור השמש כדי לייצר מימן. הסיבה לכך היא כי מימן ניתן לאחסן בקלות ובבטחה, ומשמש בדרכים רבות - אם בתא דלק ישירות לייצר חשמל וחום, או כחומר גלם לייצור דלקים דליקים. אם משלבים תאים סולאריים עם זרזים ושכבות פונקציונליות נוספות כדי ליצור "photelectrode מונוליטי" כמו גוש אחד, ואז מים פיצול הופך פשוט במיוחד: photocathode שקוע במדיום מימי וכאשר האור נופל על זה, מימן נוצר על צד קדמי וחמצן על הגב.

שכבת אנטי קורוזיה שקופה

עבור photocathode מונוליטי נחקר כאן, צוותי המחקר בשילוב שכבות פונקציונליות נוספות עם תא טנדם יעיל ביותר עשוי III-V מוליכים למחצה שפותחה ב Fraunhofer ISE. זה איפשר להם להפחית את רפלקטיביות פני השטח של התא, ובכך למנוע הפסדים ניכרים שנגרמו על ידי ספיגה אור טפיל השתקפות. "זה גם המקום שבו החדשנות נמצאת", מסביר פרופ 'הנס-יואכים לורנץ, קאלטק, ארה"ב: "מכיוון שכבר השגנו יעילות של יותר מ -14% עבור תא מוקדם יותר ב -2015, שהיה שיא עולמי באותה עת. כאן יש לנו החליף את השכבה העליונה נגד קורוזיה עם שכבת טיטניום דו חמצני גבישי כי לא רק מעולה נגד תכונות השתקפות, אבל אשר חלקיקי זרז גם לדבוק. " ופרופ 'הארי אטואטר, קאלטק, מוסיף: "בנוסף, השתמשנו גם בתהליך אלקטרוכימי חדש לייצור חלקיקי רודיום המשמשים לזרז את תגובת פיצול המים, וחלקיקים אלה הם בקוטר של עשרה ננומטרים ולכן הם כמעט אופטית שקוף, מה שהופך אותם מתאים באופן אידיאלי לתפקיד. "

תחת קרינת השמש המדומה, המדענים השיגו יעילות של 19.3% בחומצה מימית של חומצה פרכלורית, בעוד שעדיין הגיעו ל -18.5% באלקטרוליט עם pH ניטרלי. נתונים אלה ניגשים ל -23% יעילות מקסימלית תיאורטית שניתן להשיג באמצעות התכונות האלקטרוניות הטבועות עבור שילוב זה של שכבות.

"שכבת טיטניום דו-חמצני גבישי לא רק מגן על התא הסולארי בפועל מפני קורוזיה, אלא גם משפר תובלה התחבורה הודות למאפיינים האלקטרוניים היתרון שלה", אומר ד"ר מתיאס מאי, אשר ביצעו חלק ניסויים קביעת היעילות במכון HZB עבור דלקים סולריים במעבדה מבשר אל השמש דלק מתקן בדיקה של הלמהולץ אנרגיה חומרים יציקה (HEMF). הדמות הרשומה כעת מתבססת על עבודה שמאי כבר החלה בה בתור דוקטורנט ב- HZB ועבורו זכה בפרס הדוקטורט של אוניברסיטת הלמהולץ לתחום מחקר האנרגיה ב -2016. "הצלחנו להגדיל את אורך החיים התפעולי עד כמעט 100 שעות, זוהי התקדמות גדולה בהשוואה למערכות קודמות שכבר אכלו לאחר 40 שעות, אך עדיין יש הרבה מה לעשות ", מסביר מאי.

הסיבה לכך היא כי זה עדיין מחקר בסיסי על מערכות קטנות, במחיר גבוה במעבדה. עם זאת, החוקרים אופטימיים: "עבודה זו מראה שתאי טנדם המותאמים לצרכי פירוק מים סולריים יש להם פוטנציאל להשיג יעילות מעבר ל -20%, גישה אחת היא לבחור באנרגיות של פער תדרים חומרים בתא טנדם, ואחד מהשניים יכול אפילו להיות סיליקון ", מסביר פרופ 'תומס Hannappel, TU אילמנאו. צוותים ב- Fraunhofer ISE ו- TU Ilmenau פועלים לתאים תאים המשלבים מוליכים למחצה III-V עם סיליקון במחיר נמוך יותר, אשר יכול להפחית באופן משמעותי את עלויות. "

menu
menu