Рекорд эффективности солнечного расщепления воды
Преимущества водорода как источника энергии в том, что при его сжигании не выделяется вредных для природы веществ. Помимо этого водород не портится, его возможно запасать на неограниченный срок. Но эти преимущества имеют суть только в том случае, если для производства водорода употребляется действенный и СО2-нейтральный способ.
Солнечное расщепление воды как раз таковой метод, поскольку он применяет только солнечный свет и воду, самый распространенный ресурс на отечественной планете.
Расщепление воды может осуществляться методом электролиза с применением солнечных ячеек, как источника электричества. Но высокая стоимость и низкая эффективность делает такие совокупности малопривлекательными. Другой путь – яркое преобразование с применением фотоэлекрохимических (photoelectrochemical, PEC) ячеек более действен, поскольку сочетает функции электролизёра и солнечного элемента в одном устройстве.
Обычная PEC-ячейка складывается из помещенных в водный электролит электродов: поглощающего свет полупроводникового фотоанода и противоположного железного катода. Фотоэлектроны по электрической цепи перемещаются к катоду, где под их действием выделяется водород. В таких совокупностях первостепенное значение имеет выбор материала для фотоэлектрода, что обязан удовлетворять последовательности своеобразных требований.
Группа исследователей из технологии и Национального института науки в Ульсане (Ulsan National Institute of Science and Technology), технологии и Университета науки в Пхохане (Pohang University of Science and Technology) и Токийского университета (University of Tokyo) пришла к выводу, что практически всем требований удовлетворяет гематит, минерал железа Fe2O3, одна из основных металлических руд. Но минерал владеет низкой проводимостью, что снижает эффективность его применения. Дабы улучшить свойства гематита по переносу заряда ученые влияли на него большой температурой и взяли уникальную червеобразную наноструктуру, которую обогатили катализаторами.
В следствии ученым удалось добиться рекордной и стабильной производительности фотоанода 4,32 мА/см2, что образовывает около 34% от большого теоретического предела ожидаемого для выбранного материала. Неспециализированная эффективность применения солнечного света для расщепления воды составила 5,3%. Прошлое высшее достижение в технологии PEC–ячеек принадлежало исследовательской группе из Лозанны, Швейцария.
Их показатель эффективности – 4,2%.
Как заявил один из авторов работы доктор наук Джэ Сун Ли (Jae Sung Lee): «Для использования на практике разработки расщепления воды солнечной энергией нужна эффективность 10%. Впереди еще продолжительный путь, дабы достигнуть этого уровня. Однако, отечественная работа стала серьёзной вехой, превысив порог 5%, что был психотерапевтическим барьером в данной области».
Работа исследовательской группы финансировалась из Корейского национального исследовательского фонда, что поддерживает совместные проекты Кореи, японии и Китая.
По матералам Solar Server и Nature