Nouvelle norme pour la technologie de l’hydrogène vert établie par les ingénieurs de l’Université Rice.
Les ingénieurs de l’Université de riz peuvent tourner lumière du soleil dans l’hydrogène avec une efficacité record grâce à un appareil qui combine la nouvelle génération Halide Perovskite semi-conducteurs* avec électrocatalyseurs dans un seul appareil durable, rentable et évolutif.
Selon une étude Publié dans Nature Communications, l’appareil a obtenu une efficacité de conversion solaire à l’hydrogène de 20,8%.
La nouvelle technologie est un pas en avant significatif pour l’énergie propre et pourrait servir de plate-forme pour un large éventail de réactions chimiques qui utilisent l’électricité récoltée par solaire pour convertir matières premières dans les carburants.
Le laboratoire de l’ingénieur chimique et biomoléculaire Aditya Mohite Construit le photoréacteur intégré à l’aide d’une barrière anti-corrosion qui isole le semi-conducteur de l’eau sans entraver le transfert d’électrons.
« Utiliser la lumière du soleil comme source d’énergie pour fabriquer des produits chimiques est l’un des plus grands obstacles à une économie d’énergie propre », a déclaré Austin Fehr, un doctorant en génie chimique et biomoléculaire et l’un des principaux auteurs de l’étude.
«Notre objectif est de construire des plates-formes économiquement réalisables qui peuvent générer des combustibles dérivés solaires. Ici, nous avons conçu un système qui absorbe la lumière et complète Chimie qui se déplaçant à l’eau à sa surface. «
L’appareil est connu comme une cellule photoélectrochimique car l’absorption de la lumière, sa conversion en électricité et l’utilisation de l’électricité pour alimenter une réaction chimique se produisent dans le même appareil. Jusqu’à présent, l’utilisation de la technologie photoélectrochimique pour produire de l’hydrogène vert a été entravée par une faible efficacité et le coût élevé des semi-conducteurs.
« Tous les appareils de ce type produisent de l’hydrogène vert en utilisant uniquement la lumière du soleil et de l’eau, mais le nôtre est exceptionnel car il a une efficacité record et il utilise un semi-conducteur très bon marché », a déclaré Fehr.
Le Laboratoire mohite Et ses collaborateurs ont créé l’appareil en tournant leur cellule solaire hautement compétitive dans un réacteur qui pourrait utiliser l’énergie récoltée pour diviser l’eau en oxygène et en hydrogène.
Le défi qu’ils ont dû surmonter était que les pérovskites halogénures * sont extrêmement instables dans l’eau et les revêtements utilisés pour isoler les semi-conducteurs ont fini par perturber leur fonction ou les endommager.
« Au cours des deux dernières années, nous avons fait des allers-retours en essayant différents matériaux et techniques », a déclaré Michael Wongun ingénieur chimique de riz et co-auteur sur l’étude.
Après que de longs essais n’étaient pas générés au résultat souhaité, les chercheurs ont finalement rencontré une solution gagnante.
« Notre aperçu clé était que vous aviez besoin de deux couches à la barrière, une pour bloquer l’eau et une pour établir un bon contact électrique entre les couches de pérovskite et la couche protectrice », a déclaré Fehr.
«Nos résultats sont l’efficacité la plus élevée pour les cellules photoélectrochimiques sans concentration solaire, et le meilleur dans l’ensemble pour ceux qui utilisent des semi-conducteurs de pérovskite halogénure.
« C’est une première pour un domaine qui a historiquement été dominé par des semi-conducteurs prohibitifs coûteux, et peut représenter une voie vers la faisabilité commerciale pour ce type d’appareil pour la première fois », a déclaré Fehr.
Les chercheurs ont montré que leur conception de barrière fonctionnait pour différentes réactions et avec différents semi-conducteurs, ce qui le rend applicable sur de nombreux systèmes.
« Nous espérons que ces systèmes serviront de plate-forme pour conduire une large gamme d’électrons à des réactions de formation de carburant en utilisant de l’abondance de matières premières avec seulement la lumière du soleil comme apport d’énergie », a déclaré Mohite.
« Avec des améliorations supplémentaires à la stabilité et à l’échelle, cette technologie pourrait ouvrir l’économie de l’hydrogène et changer la façon dont les humains font les choses des combustibles fossiles au carburant solaire », a ajouté FEHR.
Pérovskite – Ce minéral a une conductivité plus élevée que le silicium et est moins fragile. Il est également beaucoup plus abondant sur Terre. Au cours de la dernière décennie, des efforts considérables ont conduit à des développements spectaculaires, mais son adoption dans l’optoélectronique future reste un défi.
Les cellules photovoltaïques de pérovskite sont toujours instables et subissent un vieillissement prématuré. De plus, ils contiennent le plomb, un matériel très nocif pour l’environnement et la santé humaine. Pour ces raisons, les panneaux ne peuvent pas être commercialisés.
Perovskites hybrides halogénés sont une classe de matériaux semi-conducteurs qui ont été au centre de la recherche particulière ces dernières années pour leurs propriétés photoélectriques remarquables et leurs applications dans les systèmes photovoltaïques.
Publié à l’origine dans The European Times.
