Konceptet med kunstige blade inspirerer til forskning i solcelledrevet brændstofproduktion

Rice University-forskere har skabt en effektiv, lavpris-enhed, der spalter vand for at producere brintbrændstof.

Platformen udviklet af Brown School of Engineering-laboratoriet af Rice-materialeforsker Jun Lou integrerer katalytiske elektroder og perovskit-solceller, der, når det udløses af sollys, producere elektricitet. Strømmen løber til katalysatorerne, der omdanner vand til brint og ilt, med en sollys-til-brint effektivitet så høj som 6,7 %.

Denne form for katalyse er ikke ny, men laboratoriet pakkede et perovskitlag og elektroderne i et enkelt modul, der når det tabes i vand og placeres i sollys, producerer brint uden yderligere input.

Platformen introduceret af Lou, hovedforfatter og Rice postdoc-stipendiat Jia Liang og deres kolleger i tidsskriftet American Chemical Society ACS Nano er en selvejende producent af brændstof, de siger, skal være let at producere i løs vægt.

"Konceptet ligner stort set et kunstigt blad, " sagde Lou. "Det, vi har, er et integreret modul, der forvandler sollys til elektricitet, der driver en elektrokemisk reaktion. Den bruger vand og sollys til at få kemiske brændstoffer."

Perovskites er krystaller med kubelignende gitter, der er kendt for at høste lys. De hidtil mest effektive perovskit-solceller, der er produceret, opnår en effektivitet på over 25 %, men materialerne er dyre og har tendens til at blive stresset af lys, fugt og varme.

"Jia har erstattet de dyrere komponenter, som platin, i perovskit-solceller med alternativer som kulstof, " sagde Lou. "Det sænker adgangsbarrieren for kommerciel adoption. Integrerede enheder som dette er lovende, fordi de skaber et system, der er bæredygtigt. Dette kræver ingen ekstern strøm for at holde modulet kørende."

Liang sagde, at nøglekomponenten måske ikke er perovskitten, men polymeren, der indkapsler den, beskytter modulet og giver mulighed for at blive nedsænket i lange perioder. "Andre har udviklet katalytiske systemer, der forbinder solcellen uden for vandet til nedsænkede elektroder med en ledning, " sagde han. "Vi forenkler systemet ved at indkapsle perovskitlaget med en Surlyn (polymer) film."

Den mønstrede film tillader sollys at nå solcellen, mens den beskytter den og fungerer som en isolator mellem cellerne og elektroderne, sagde Liang.

"Med et smart systemdesign, du kan potentielt lave en selvopretholdende løkke, " sagde Lou. "Selv når der ikke er sollys, du kan bruge lagret energi i form af kemisk brændstof. Du kan lægge brint- og iltprodukterne i separate tanke og indbygge et andet modul som en brændselscelle for at omdanne disse brændstoffer tilbage til elektricitet."

Forskerne sagde, at de vil fortsætte med at forbedre indkapslingsteknikken såvel som selve solcellerne for at øge effektiviteten af ​​modulerne.