Cегодня: 18 июня 2021 RU UA EN
О сети Контакты

Новая методика сделает прорыв в выработке солнечного водорода

16 декабря 2013, 16:23

Команда инженеров из Берлинского центра материалов и энергии имени Гельмгольца ( HZB ) и Делфтского технического университета разработала простое устройство , которое способно разделять молекулы воды на водород и кислород , используя при этом только энергию Солнца. Применяемая в устройстве технология получила название искусственного фотосинтеза , и она позволит сохранять энергию солнца в виде водорода. Суть такого хранения заключается в том , что полученный водород в нужный момент можно будет использовать либо напрямую , либо в форме метана , или для генерации электроэнергии в топливном элементе.

При создании устройства инженеры использовали обычный солнечный фотоэлемент и Металлоксидные анод. После этого они провели эксперимент с использованием устройства , в котором получили около пяти процентов солнечной энергии , конвертируемую в химическую - в виде водорода.
Созданный голландцами солнечный элемент намного проще , чем трехкомпонентные составы на основе аморфного кремния или дорогие полупроводники группы III - V , которые обычно используются в этой области . Анод был создан с ванадата висмута ( BiVO4 ) с добавлением небольшого количества атомов вольфрама , - его распылили на кусок ведущего стекла и покрыли сверху фосфатом кобальта , который выполняет роль катализатора.

" Мы объединили лучшее из двух миров : взяли химически стабильный недорогой металоксид и добавили тонкую пленку фотоэлемента на кремниевой основе. В результате мы получили бюджетный высокоэффективное устройство для производства солнечного топлива " , - с восторгом рассказывает о результате своих трудов глава Института солнечного топлива при Берлинском центре материалов и энергии Рул ван де Крол ( Roel van de Krol ) .
Слой оксида металла - единственная часть фотоэлемента , которая контактирует с водой и выступает в качестве анода при производстве водорода. Также он служит для предотвращения коррозии (появления ржавчины ) на чувствительном кремниевом элементе. В ходе исследования ученые оптимизировали процессы поглощения света , отделение зарядов и распада молекул воды. К тому же , в ходе изготовления конструкции они смогли решить одну важную проблему: благодаря тому что они использовали недорогой катализатор - фосфат кобальта - процесс формирования кислорода на фотоаноди удалось значительно ускорить .
Самой трудной задачей было отделение электрических зарядов с ванадиево - висмутовои пленки. Металл - оксиды могут быть дешевыми и стабильными , но носители заряда имеют тенденцию к быстрой реорганизации. В таком случае расщеплять молекулы воды уже было бы невозможно. Эту проблему удалось решить добавлением небольшого количества атомов вольфрама в пленку с ванадата висмута . " Важно было распределить эти атомы особым образом , так чтобы они создали электрическое поле , что предотвращает процесс реорганизации носителей заряда" , - объясняет ван де Крол в пресс - релизе.
Для этого ученые взяли раствор из соединений вольфрама и ванадата висмута и распылили его на нагретую пластину из ведущего стекла , после чего часть раствора испарилась. Ученые испытали распыление растворов с различными концентрациями вольфрама до тех пор , пока не вышла высокоэффективная Металлоксидные пленка толщиной в 300 нанометров.
" В теории эффективность конвертации солнечной энергии в химическую может составлять до 9 % при использовании анода из ванадата висмута " , - говорит ван де Крол . Голландские ученые же получили результат 5 % , а благодаря своим усовершенствованием они надеются доказать эффективность преобразователя до 10%.
"Честно говоря , мы пока не поняли , почему именно ванадат висмута работает лучше других металоксидив . Мы обнаружили , что около 80 % падающих на поверхность фотонов вносят свой вклад в получаемый электрический заряд. Это неожиданно высокий результат , который делает наше изобретение рекордсменом среди металл - оксидов в этой области " , - говорит ван де Крол .
На следующем этапе работы инженеры планируют создать солнечный фотоэлемент - анод площадью в несколько квадратных метров , способен впасть достаточное количество водорода для демонстрации. Ученые уже подсчитали , что " производительность " солнца в Германии составляет примерно 600 ваттам на квадратный метр. Это означает , что 100 квадратных метров этой системы теоретически способны запасать около трех киловатт - часов энергии в виде водорода всего за один час при солнечной погоде . Запасы энергии могут быть использованы ночью или в пасмурные дни .

Copyright (c) ГП "Укртехинформ" 2017