Учени представиха обещаваща нова система за производство на зелен водород

Изследователи от Националния институт за наука и технологии (UNIST) в Улсан, Южна Корея представиха обещаваща фотоелектрохимична система (PEC), която може да генерира екологичен водород в голям мащаб.

Екипът въвежда иновативен подход, използващ фотоаноди на базата на формамидиниев оловен триодид (FAPbI3), капсулирани от здрав Ni фолио/NiFeOOH електрокатализатор.

В разговор с Tech Xplore Джей Сунг Лий – професор по енергийно и химическо инженерство в UNIST и съавтор на статията изтъкна критичната необходимост от ефективност при преобразуването на слънчевата енергия във водород (STH), като подчертава, че минимум 10% ефективност на STH е от съществено значение за практическите PEC системи.

„Нашата група задълбочено проучи предизвикателствата, свързани с практическото производство на водород от слънчева енергия.“

добави Лий

Предишните опити за използване на стабилни метални оксиди като фотоелектродни материали не успяха да постигнат необходимите нива на ефективност за широкомащабни приложения. Въпреки, че други изследователи са проучвали фотоелектроди, базирани на материали от фотоволтаичен клас, те са скъпи и нестабилни.

Изследователският екип и Лий разпознаха потенциала на металохалогенните перовскити (MHP) да бъдат променлива алтернатива поради високата им ефективност и ниска цена.

Те обаче трябва да бъдат стабилизирани във влажни условия и под ултравиолетова светлина. Това е от решаващо значение за практическото им приложение.

„MHP материалите имат отлични оптоелектронни свойства и регулируема ивица, които са желани за осигуряване на необходимия фототок“ и „фотонапрежение““ за разделяне на водата и производство на кислород и водород в една PEC клетка.“

обяснява Лий

Увеличаване на производството на водород

Едно от основните предизвикателства, с които се сблъскват изследователите, е осигуряването на мащабируемост, без да се жертва ефективността. Първоначално екипът тества своята система в малък мащаб. Като постига впечатляващата ефективност от 9,89 % на STH и демонстрира дългосрочна стабилност. При увеличаване на мащаба на устройството от лабораторен мащаб (>1 cm2) до практическа система за PEC с голяма площ, те възприемат дизайн, базиран на модули.

Удивително е, че увеличената система демонстрира минимална загуба на ефективност, като същевременно запазва дългосрочна стабилност, демонстрирайки своята мащабируемост.

„Нашата изцяло перовскитна PEC система се състои от фотоанод FAPbI3, който е MHP тънък слой, защитен с помощта на никелово метално фолио като капсулиращ слой и NiFeOOH като каталитичен слой върху него.“

обясни Лий

Модулният дизайн позволява интегриране на фотоаноди и фотоволтаични (PV) блокове, което опростява цялостната система и намалява разходите за производство.

Внедряване в реални условия

Мини-модулът на изследователите, представляващ 4х4 масив от фотоелектроди и фотоволтаични клетки демонстрира нов подход за използване на слънчевата енергия за производство на водород. Интегрирането на PEC устройството елиминира необходимостта от допълнителни фотоволтаични компоненти, като рационализира системата и повишава нейната ефективност. Тази конструкция не само намалява сложността, но и предлага рентабилност – решаващ фактор за практическото внедряване на екологичното производство на водород.

„Краткосрочната демонстрация на нашата мащабируема система ще доведе до практическо приложение на технологията PEC за производство на екологичен водород при външни условия. Планираме също така да подобрим допълнително ефективността и стабилността на PEC системата. Чрез интегриране на фотоелектроди и избор на по-ефективни и трайни катализатори. Очакваме с нетърпение възможността да демонстрираме пилотна система за производство на водород от слънчева енергия при естествена слънчева светлина с помощта на нашата технология.“

казва Лий пред Tech Xplore

Резултатите на екипа са публикувани в списание Nature Energy.