Команда інженерів з Берлінського центру матеріалів і енергії імені Гельмгольца ( HZB ) І Делфтського технічного університету ( Technische Universiteit Delft ) Розробили нову методику виробництва так званого сонячного водню.

Інженери створили просте і елегантне пристрій, здатний розділяти молекули води на водень і кисень, використовуючи при цьому тільки енергію нашого світила. Ця технологія отримала назву штучного фотосинтезу , І з її допомогою можна зберігати енергію сонця у вигляді водню. Потім водень можна використовувати або безпосередньо, або в формі метану, або ж з його допомогою можна генерувати електрику в паливному елементі.

Вони використовували звичайний сонячний фотоелемент і металлоксідний анод і в ході експерименту отримали близько п'яти відсотків сонячної енергії, конвертованій в хімічну - у вигляді водню.

Створений голландцями сонячний елемент набагато простіше, 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 розпорошили на шматок проводить скла і покрили зверху фосфатом кобальту, який виконує роль каталізатора.

"Ми поєднали найкраще з двох світів: взяли хімічно стабільний недорогий металлоксід і додали тонку плівку фотоелемента на кремнієвій основі. В результаті ми отримали бюджетне високоефективне пристрій для виробництва сонячного палива", - із захопленням розповідає про результат своєї праці глава Інституту сонячного палива при Берлінському центрі матеріалів і енергії Рул ван де Крол ( Roel van de Krol ).

Шар оксиду металу - єдина частина фотоелемента, яка контактує з водою і виступає в якості анода при виробництві водню. Також він служить для запобігання корозії (появи іржі) на чутливому кремнієвому елементі. В 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 фотоаноде вдалося значно прискорити.

Найважчим завданням було відділення електричних зарядів з ванадієво-висмутовой плівки. Металлоксіди можуть бути дешевими і стабільними, але носії заряду мають тенденцію до швидкої реорганізації. В 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 процес реорганізації носіїв заряду", - пояснює ван де Крол в прес-релізі .

Для цього вчені взяли розчин із з'єднань вольфраму і ванадату вісмуту і розпорошили його на нагріту пластину з провідного скла, після чого частина розчину випарувалася. Вчені випробували розпилення розчинів з різними концентраціями вольфраму до тих пір, поки не вийшла високоефективна металлоксідная плівка товщиною в 300 нанометрів.

"У теорії ефективність конвертації сонячної енергії в хімічну може становити до 9% за умови використання анода з ванадату вісмуту", - говорить ван де Крол. Голландські вчені ж отримали результат 5%, а завдяки своїм удосконаленням вони сподіваються довести ефективність перетворювача до 10%.

"Чесно кажучи, ми поки не зрозуміли, чому саме ванадат вісмуту працює краще за інших металлоксідов. Ми виявили, що близько 80% падаючих на поверхню фотонів вносять свій внесок в одержуваний електричний заряд. Це несподівано високий результат, який робить наш винахід рекордсменом серед металлоксідов в цій галузі ", - говорить ван де Крол.

На наступному етапі роботи інженери планують створити сонячний фотоелемент-анод площею в кілька квадратних метрів, здатний запасти достатню кількість водню для демонстрації.

Вчені вже підрахували, що "продуктивність" сонця в Німеччині дорівнює приблизно 600 ватам на квадратний метр. Це означає, що 100 квадратних метрів цієї системи теоретично здатні запасати близько трьох кіловат-годин енергії у вигляді водню всього за одну годину при сонячній погоді. Запаси енергії можуть бути використані вночі або ж в похмурі дні.

Детально про проведену роботу голландців розповідає стаття , Опублікована в журналі Nature Communications.

Також по темі:
Енергія сонця
Як приручити Сонце
Сонце замість нафти і газу
В недалекому майбутньому основним джерелом енергії може стати Сонце
У США побудують найбільшу сонячну електростанцію