Новая методика сделает прорыв в выработке солнечного водорода
Команда інженерів із Берлінського центру матеріалів і енергії імені Гельмгольца (HZB) і Делфтского технічного університету розробила простий пристрій, який здатний розділяти молекули води на водень і кисень, використовуючи при цьому тільки енергію Сонця. Застосовувана в пристрої технологія отримала назву штучного фотосинтезу, і вона дозволить зберігати енергію сонця у вигляді водню. Суть такого зберігання полягає в тому, що отриманий водень в потрібний момент можна буде використовувати або напряму, або в формі метану, або ж для генерації електроенергії в паливному елементі.
При створенні пристрою інженери використали звичайний сонячний фотоелемент і металокисний анод. Після цього вони провели експеримент з використанням пристрою, в якому отримали близько п’яти відсотків сонячної енергії, конвертовану в хімічну – у вигляді водню.
Створений голландцями сонячний елемент набагато простіший, ніж трикомпонентні сполуки на основі аморфного кремнію або ж дорогі напівпровідники групи III-V, які зазвичай використовуються в цій області. Анод був створений з ванадату вісмуту (BiVO4) з додаванням невеликої кількості атомів вольфраму, – його розпилили на шматок провідного скла і покрили зверху фосфатом кобальту, який виконує роль каталізатора.
“Ми поєднали найкраще з двох світів: взяли хімічно стабільний недорогий металоксид і додали тонку плівку фотоелемента на кремнієвій основі. В результаті ми отримали бюджетний високоефективний пристрій для виробництва сонячного палива”, – із захопленням розповідає про результат своїх праць голова Інституту сонячного палива при Берлінському центрі матеріалів і енергії Рул ван де Крол (Roel van de Krol).
Шар оксиду металу – єдина частина фотоелемента, що контактує з водою і виступає в якості анода при виробництві водню. Також він служить для запобігання корозії (появи іржі) на чутливому кремнієвому елементі. У ході дослідження вчені оптимізували процеси поглинання світла, відділення зарядів і розпаду молекул води. До того ж, в ході виготовлення конструкції вони змогли вирішити одну важливу проблему: завдяки тому що вони використовували недорогий каталізатор – фосфат кобальту – процес формування кисню на фотоаноді вдалося значно прискорити.
Найважчим завданням було відділення електричних зарядів з ванадієво-висмутової плівки. Метал-оксиди можуть бути дешевими і стабільними, але носії заряду мають тенденцію до швидкої реорганізації. У такому випадку розщеплювати молекули води вже було б неможливо. Цю проблему вдалося вирішити додаванням невеликої кількості атомів вольфраму в плівку з ванадату вісмуту. “Важливо було розподілити ці атоми особливим чином, так щоб вони створили електричне поле, що запобігає процесу реорганізації носіїв заряду”, – пояснює ван де Крол у прес-релізі.
