В лаборатории фотоники и интерфейсов EPFL под руководством Майкла Гратцеля, где ученые изобрели солнечные элементы с красителями, имитирующие фотосинтез в растениях, они также разработали методы получения топлива, такого как водород, путем расщепления солнечной воды.Для этого они либо используют фотоэлектрохимические ячейки, которые непосредственно разделяют воду на водород и кислород при воздействии солнечного света, либо объединяют генерирующие электричество ячейки с электролизером, который разделяет молекулы воды.Используя последнюю технику, аспирант Грацеля Цзиншань Луо и его коллеги смогли добиться столь впечатляющих результатов, что их достижения публикуются сегодня в журнале Science. Их устройство преобразует в водород 12,3 процента энергии, рассеиваемой солнцем на перовскитных поглотителях — соединение, которое может быть получено в лаборатории из обычных материалов, таких как те, которые используются в обычных автомобильных аккумуляторах, что устраняет необходимость в редкоземельных металлах. производство годного к употреблению водородного топлива.
Бутилированное солнцеЭта высокая эффективность создает жесткую конкуренцию другим методам преобразования солнечной энергии.
Но у этого метода есть ряд преимуществ перед другими:«Как перовскит, используемый в элементах, так и никелевые и железные катализаторы, из которых состоят электроды, требуют ресурсов, которых на Земле много и которые к тому же дешевы, — пояснил Цзиншань Луо. «Однако наши электроды работают так же хорошо, как и обычно используемые дорогие модели на основе платины».С другой стороны, преобразование солнечной энергии в водород делает возможным его хранение, что устраняет один из самых больших недостатков возобновляемой электроэнергии — требование использовать ее во время производства.
«Получив водород, вы храните его в баллоне, и вы можете делать с ним все, что захотите, когда захотите», — сказал Майкл Гратцель. Такой газ действительно можно сжечь — в котле или двигателе — с выделением только водяного пара. Он также может переходить в топливный элемент для выработки электроэнергии по запросу.
И эффективность преобразования 12,3%, достигнутая на EPFL, «скоро станет еще выше», — пообещал Грацель.Более мощные клетки
Эти высокие значения КПД основаны на характеристике перовскитных ячеек: их способности генерировать напряжение холостого хода более 1 В (для сравнения кремниевые элементы останавливаются на 0,7 В).«Для электролиза воды и получения пригодных для использования газов требуется напряжение 1,7 В или более», — пояснил Цзиншань Луо. Чтобы получить эти числа, необходимы три или более кремниевых элемента, тогда как достаточно всего двух перовскитных элементов.
В результате достигается большая эффективность по отношению к поверхности требуемых поглотителей света. «Это первый раз, когда нам удалось получить водород путем электролиза всего с двумя элементами!» Луо добавляет.Множество крошечных пузырьков, выходящих из электродов, как только солнечные элементы подвергаются воздействию света, говорят об этом лучше, чем когда-либо можно было бы сказать: сочетание солнца и воды прокладывает многообещающий и бурный путь для развития энергии будущего.Видео: http://www.youtube.com/watch?v=hkGAqk-TXw8feature=youtu.be