Ученые создали систему искусственного фотосинтеза

Пятница, 02 Ноября 2018
Ученые создали систему искусственного фотосинтеза

В поисках возобновляемых альтернатив ископаемому топливу ученые стремятся использовать энергию солнца для «разделения воды». Это метод искусственного фотосинтеза, который использует солнечный свет для производства водородного топлива из воды. Однако такие устройства до сих пор не показали должной эффективности.

В настоящее время исследователи Национальной лаборатории Лоуренса Беркли Министерства энергетики США и Объединенного центра искусственного фотосинтеза, Инновационного центра энергетики DOE разработали новый способ создания возобновляемых видов топлива, который может обойти ограничения в текущих материалах: искусственное фотосинтетическое устройство, называемое «гибридной фотоэлектрохимической и вольтовой ячейкой (HPEV)», которая превращает солнечный свет и воду сразу в два типа энергии - водородное топливо и электричество. 

Большинство водораспределительных устройств изготовлены из стека и светопоглощающих материалов. В зависимости от его состава каждый слой поглощает различные длины волн солнечного спектра, начиная от инфракрасного излучения и заканчивая длинами волн видимого или ультрафиолетового излучения.

Когда каждый слой поглощает свет он создает электрическое напряжение. Эти отдельные напряжения объединяются в одно достаточно большое напряжение, чтобы расщепить воду на кислород и водород. Но, по словам Гидеона Сегева, докторанта-исследователя отдела химических наук Беркли и ведущего автора исследования, проблема с этой конфигурацией заключается в том, что даже если кремниевые солнечные элементы могут генерировать электричество достаточно эффективно их производительно ниже, когда они становятся частью устройства для разделения воды.

Также ток, проходящий через устройство, ограничен другими материалами в стеке, которые не работают так же эффективно, как кремний, и, как следствие, система производит намного меньше тока, чем могла бы, что приводит к производству меньшего количества топлива.

Тогда ученые подумали, а что будет, если просто вывести электроны.

В устройствах для разделения воды передняя поверхность обычно предназначена для производства топлива, а задняя поверхность служит в качестве электрической розетки. Чтобы обойти ограничения обычной системы, они добавили дополнительный электрический контакт к задней поверхности кремниевого компонента, в результате чего устройство HPEV получило два контакта сзади вместо одного. Дополнительный задний выход позволил бы разделить так, чтобы одна часть шла на генерацию солнечного топлива, а вторая просто производить электричество.

Уже сделан прототип устройства HPEC и он хорошо показал себя в работе.

Согласно их расчетам, обычный солнечный водородный генератор, основанный на комбинации кремния и висмута ванадата, из всей попадающей на поверхность ячейки солнечной энергии 6,8% будут храниться в виде водородного топлива.

Затем HPEV собирает оставшиеся электроны и использует для генерации электрической мощности, что приводит к резкому увеличению общей эффективности преобразования солнечной энергии, отметил Сегев. Например, согласно тем же расчетам, те же самые 6,8% солнечной энергии могут храниться в виде водородного топлива в ячейке HPEV, сделанной из ванадата висмута и кремния, а еще 13,4% солнечной энергии могут быть преобразованы в электричества. Это позволит повысить эффективность на 20,2%, что в три раза лучший показатель, нежели у обычных  солнечных водородных ячеек.

Следите за новостями в социальных сетях:

Спасибо, я уже в группе