Bare tilsæt vand:Hvordan forskerne bruger silicium til at producere brint efter behov

Brint er et rent, vedvarende brændstof, der har potentialet til at drive vores hjem og virksomheder og hjælpe os med at reducere vores afhængighed af fossile brændstoffer. Det kan dog være en udfordring at producere brint, især på en måde, der er omkostningseffektiv og bæredygtig.

En lovende tilgang til brintproduktion er gennem brugen af ​​silicium. Silicium er et halvledermateriale, der er rigeligt i jordskorpen. Når det udsættes for vand, kan silicium producere brintgas gennem en proces kaldet fotoelektrokemisk (PEC) vandspaltning.

Ved PEC-vandspaltning absorberes lysenergi af siliciumhalvlederen, som skaber en elektrisk strøm. Denne strøm driver spaltningen af ​​vandmolekyler til brint og oxygengas.

Effektiviteten af ​​PEC-vandspaltning afhænger af flere faktorer, herunder typen af ​​anvendt silicium, lyskilden og celledesignet. Forskere har dog gjort betydelige fremskridt med at forbedre effektiviteten af ​​denne proces i de senere år.

I 2017 rapporterede et team af forskere ved California Institute of Technology (Caltech) en ny type siliciumfotoelektrode, der opnåede en sol-til-brint konverteringseffektivitet på 12,4 %. Dette er den højeste effektivitet, der nogensinde er rapporteret for et siliciumbaseret PEC-vandopdelingssystem.

Caltech-forskerne brugte en speciel type silicium kaldet sort silicium, som har en ru overflade, der er med til at absorbere mere lys. De brugte også en koncentreret lyskilde og en specialdesignet celle til at forbedre effektiviteten af ​​processen.

Udviklingen af ​​denne nye type siliciumfotoelektrode er et væsentligt skridt fremad i jagten på omkostningseffektiv og bæredygtig brintproduktion. Med fortsat forskning og udvikling kan PEC-vandspaltning en dag blive en vigtig kilde til ren, vedvarende energi.

Fordele ved at bruge silicium til brintproduktion

Der er flere fordele ved at bruge silicium til brintproduktion, herunder:

* Overflod: Silicium er det næstmest udbredte grundstof i jordskorpen efter ilt. Det betyder, at det er et let tilgængeligt og billigt materiale.

* Stabilitet: Silicium er et meget stabilt materiale, hvilket gør det velegnet til brug i barske miljøer.

* Ikke-giftigt: Silicium er ugiftigt, hvilket betyder, at det ikke udgør en sundhedsrisiko for mennesker eller miljø.

* Høj effektivitet: Siliciumbaserede PEC-vandspaltesystemer kan opnå høje virkningsgrader, hvilket betyder, at de kan producere meget brint med en lille mængde energi.

Udfordringer ved at bruge silicium til brintproduktion

Der er også nogle udfordringer forbundet med at bruge silicium til brintproduktion, herunder:

* Høje omkostninger: Silicium er et relativt dyrt materiale, som kan gøre det svært at producere brint i stor skala.

* Begrænset lysabsorption: Silicium absorberer ikke lys særlig godt, hvilket betyder, at det kan være svært at generere nok elektricitet til at drive vandspaltningsprocessen.

* Korrosion: Silicium kan korrodere i nærvær af vand, hvilket kan reducere effektiviteten og levetiden af ​​PEC-vandspaltesystemer.

Forskningsvejledning

Forskere arbejder på at overvinde de udfordringer, der er forbundet med at bruge silicium til brintproduktion. Nogle af de mest lovende forskningsretninger inkluderer:

* Udvikling af nye typer siliciummaterialer, der er mere effektive til at absorbere lys og mindre modtagelige for korrosion.

* Forbedring af celledesignet for at øge effektiviteten af ​​vandspaltningsprocessen.

* Reduktion af omkostningerne ved siliciumbaserede PEC-vandspaltesystemer.

Med fortsat forskning og udvikling kan siliciumbaseret PEC-vandspaltning en dag blive en vigtig kilde til ren, vedvarende energi.