رکورد بی سابقه تولید انرژی پاک را ثبت کنید – یک ضربه


به لطف یک دستگاه جدید، مهندسان دانشگاه رایس می توانند نور خورشید را با کارایی بی سابقه ای به هیدروژن تبدیل کنند.

من گزارش میدم تکناکدر این روش، نیمه هادی های هالید پروسکایت نسل بعدی با الکتروکاتالیست ها در یک دستگاه واحد، بادوام، مقرون به صرفه و مقیاس پذیر ترکیب می شوند.

فن آوری جدید گام مهمی به سمت انرژی پاک است و می تواند به عنوان بستری برای طیف وسیعی از واکنش های شیمیایی که از انرژی الکتریکی خورشید برای تبدیل مواد خام به سوخت استفاده می کند، استفاده شود.

طراحی انقلابی فوتورآکتور

آزمایشگاه Aditya Mohit که در مهندسی شیمی و بیومولکولی تخصص دارد، پیشگام توسعه این فوتورآکتور یکپارچه بود. یک عنصر کلیدی در طراحی دستگاه یک مانع ضد خوردگی است که به طور موثر نیمه هادی را از آب جدا می کند بدون اینکه مانع انتقال الکترون شود. همانطور که در مطالعه منتشر شده در Nature Communications گزارش شده است، این دستگاه دارای بازده 20.8 درصدی در تبدیل انرژی خورشیدی به هیدروژن است.

آستین فهر، دانشجوی دکترای مهندسی شیمی و بیومولکولی و یکی از نویسندگان اصلی این مطالعه، بر اهمیت این کار تاکید کرد. استفاده از نور خورشید به عنوان منبع انرژی برای تولید عناصر شیمیایی یکی از بزرگترین موانع دستیابی به اقتصاد انرژی پاک است.

هدف ما ساختن پلتفرم های مقرون به صرفه ای است که بتواند سوخت خورشیدی تولید کند. در اینجا سیستمی طراحی کردیم که نور را جذب می کند و شیمی الکتروشیمیایی شکافتن آب روی سطح آن را کامل می کند.

غلبه بر چالش ها با سلول های فوتوالکتروشیمیایی

این دستگاه به عنوان سلول فوتوالکتروشیمیایی شناخته می شود زیرا نور را جذب می کند، آن را به الکتریسیته تبدیل می کند و از الکتریسیته برای تأمین انرژی برای یک واکنش شیمیایی استفاده می کند. تا به حال، استفاده از فناوری فوتوالکتروشیمیایی برای تولید هیدروژن سبز به دلیل راندمان پایین و هزینه بالای نیمه هادی ها مانع شده است.

فهر درباره منحصر به فرد بودن اختراع خود توضیح داد: همه دستگاه های مشابه تنها با استفاده از نور خورشید و آب، هیدروژن سبز تولید می کنند، اما دستگاه ما استثنایی است زیرا از نظر کارایی رکوردها را می شکند و از نیمه هادی های بسیار ارزان استفاده می کند.

مسیر نوآوری و چشم اندازهای آینده

کارکنان آزمایشگاه Mohit و سایر همکاران این دستگاه را با تبدیل سلول خورشیدی بسیار رقابتی خود به راکتوری ساختند که می تواند از انرژی برداشت شده برای تقسیم آب به اکسیژن و هیدروژن استفاده کند. چالشی که آنها باید بر آن غلبه می کردند این بود که پروسکایت های هالید در آب بسیار ناپایدار هستند و پوشش های مورد استفاده برای عایق کاری نیمه هادی ها یا عملکرد آنها را کاهش داده یا به آنها آسیب می رساند.

مایکل وانگ، مهندس شیمی در دانشگاه رایس و یکی از نویسندگان این مطالعه، می گوید: «در دو سال گذشته، ما مواد و تکنیک های مختلفی را امتحان کرده ایم.

پس از اینکه آزمایش‌های طولانی نتوانست به نتیجه مطلوب برسد، سرانجام محققان راه‌حلی برنده پیدا کردند.

Fehr گفت: “بینش اصلی ما این بود که برای ایجاد یک مانع به دو لایه نیاز دارید، یکی برای مسدود کردن آب و دیگری برای برقراری تماس الکتریکی خوب بین لایه‌های پروسکایت و لایه محافظ.” نتایج ما بالاترین راندمان را برای سلول های خورشیدی فوتوالکتروشیمیایی و به طور کلی بهترین شرایط را برای کسانی که از نیمه هادی پروسکایت هالید استفاده می کنند، ارائه می دهد.

Fehr گفت: «نتایج ما یک پیشرفت خوشایند برای حوزه‌ای است که از لحاظ تاریخی تحت تسلط نیمه‌رساناهای بسیار گران بوده و می‌تواند راه را برای امکان‌سنجی تجاری این نوع دستگاه‌ها برای اولین بار هموار کند.»

محققان نشان دادند که طراحی مانع آنها برای واکنش های مختلف و با نیمه هادی های مختلف کار می کند و آن را در بسیاری از سیستم ها قابل استفاده می کند.

موهیت گفت: “ما امیدواریم که چنین سیستم هایی به عنوان بستری برای هدایت طیف گسترده ای از الکترون ها به واکنش های تشکیل دهنده سوخت با استفاده از مواد اولیه فراوان و تنها نور خورشید به عنوان ورودی انرژی عمل کنند.”

فهر افزود: با بهبود بیشتر در پایداری و مقیاس، این فناوری می‌تواند اقتصاد هیدروژن را قابل اجرا کند و استفاده از سوخت‌های فسیلی را به سمت سوخت خورشیدی سوق دهد.

عنوان شکل:

مهندسان دانشگاه رایس دستگاهی ساخته اند که می تواند نور خورشید را با کارایی بی سابقه ای به هیدروژن تبدیل کند. این دستگاه که یک سلول فوتوالکتروشیمیایی است از نیمه رساناهای هالید پروسکایت و الکتروکاتالیست های نسل بعدی استفاده می کند. این دستاورد به عنوان یک پلت فرم بالقوه برای واکنش های شیمیایی با استفاده از انرژی خورشیدی برای تبدیل مواد خام به سوخت استفاده می شود.

یک فوتورآکتور که توسط گروه تحقیقاتی موهیت دانشگاه رایس و همکارانش ساخته شد، بازده تبدیل خورشید به هیدروژن 20.8 درصد را به دست آورد.

مجموعه‌ای از چهار تصویر ثابت از یک ویدئوی نمونه که نشان می‌دهد چگونه یک فوتورآکتور دانشگاه رایس، مولکول‌های آب را برای تولید هیدروژن تقسیم می‌کند.

Related Posts

دیدگاهتان را بنویسید