En kraftig ny solcelle produserer både hydrogenbrensel og elektrisk kraft

På et felt som i hovedsak er vannbøying, oppfyller fornybar energi, har forskere vellykket bruk av fotosyntese for å dele vann for å produsere hydrogenbrensel. Splitting H2O på molekylær nivå er noe forskere har gjort i over 200 år, og kunne holde tantalizing nøkkelen til en utslippsfri hydrogenøkonomi - om bare den kunne skaleres opp.

Heldigvis har vi gjort fremskritt i å redusere kostnadene, og forskere har også kommet nær å mestre kunsten kunstig fotosyntese, men lav effektivitet gjør at prosessen drømmer stort, i hvert fall til nå.

Det er ifølge en ny et papir utgitt mandag i Naturmaterialer av Lawrence Berkeley National Laboratory som presenterer en enkel, elegant hybrid løsning som omgår den nåværende flaskehalsen for fotoelektrokjemiske celler.

"Det er en gratis lunsj," forteller forsker Gideon Segev Omvendt.

Relatert video

Fotoelektrokjemiske celler er Vitenskapens Vann og Lysbøyning

Fotoelektrokemiske celler er vanligvis en stabel av forskjellige materialer som absorberer lys. Hvert lag absorberer en annen bølgelengde, bygger opp elektriske spenninger som kulminerer i en spenning som er sterk nok til å splitte vann inn i oksygen og brensel.

Dette høres naturlig ut som en god bruk av sollys. Men selv når silisiumsolceller fungerer bra, oppstår problemer når andre materialer i stabelen ikke stemmer overens med ytelsen, slik at energien går til spill.

"Du trenger to materialer, ideelt silisium og i tillegg til noe annet materiale som vil absorbere den mer energiske delen av materialet," sier Segev. "Flaskhalsen i systemet er og vil alltid være det andre materialet, så forskning er for det meste å gjøre det andre materialet bedre."

Hvordan elektronikere presenterer en elegant løsning

Med så mye forskning som fokuserte på det "andre materialet", bestemte Segev og teamet seg for å ta et skritt tilbake, og så på hvordan de kunne gjøre hele systemet bedre. Og de innså at det er en helt annen energikilde som venter på å bli tappet: elektroner.

"Du har dette halvledermaterialet og det absorberer lys. Lys kan betraktes som en partikkel. Så når en foton absorberes, gir den sin energi til elektronen, i sin spennende tilstand, forteller Segev. "Du kan si at elektronen har en bestemt tid før den mister sin energi, energien fotene ga den.

Tidligere forskning bare tillatt cellene å varme opp og la energien forsvinne. Segevs lag gav bokstavelig talt elektronens energi et uttak. Mens de fleste vannkledningsanordninger vanligvis har to sider, en for å produsere solbrensel og den andre for å frigjøre strømmen, har denne nye prototypen to uttak i ryggen, en for solstråling og en for elektrisk kraft. To typer energi, en celle.

Prototypen - som tok 19 irriterende iterasjoner i løpet av et år å skape - har dramatisk potensial effektiviteten av solenergi til hydrogen brensel fra sin nåværende rate, 6,8 prosent. Med de ideelle materialene, beregnet gruppen en potensiell økning til 20,2 prosent, tredoblet frekvensen av konvensjonelle solcellebrenselceller.

Plutselig virker ikke solens hydrogenbrenselstasjoner i fremtiden håpløst, selv om det er nødvendig med ytterligere forskning før vi kan skape en hydrogendrevet utopi.

"Hvis det skulle fungere effektivt og være konkurransedyktig, kan vi kanskje begynne å snakke om kommersielle eller hydrogenbrenselstasjoner som drives av solen," sier Segev. "Men jeg tror dette er alt for tidlig på dette stadiet, så vi er ikke på et punkt der vi kan snakke om å gjøre dette til en teknologi som folk ville se i deres liv i morgen formiddag."

Men Segev, vi kan drømme.

Korreksjon: En tidligere versjon av historien utviste feilaktig at prototypen oppnådde trippel effektivitet, mens dette fortsatt er en beregning. Historien har blitt oppdatert med ytterligere kommentar fra studiens forfatter.