Sciencemag.cz
Doporučujeme
Nový typ solárního panelu dosáhl 9% účinnosti při rozkladu vody na vodík a kyslík, což oproti konkurenčním projektům znamená až řádově vyšší efektivitu přeměny energie. Článek (poznámka: dá se tomu říkat článek, když nejde o fotovoltaiku, tj. neprodukuje se elektrická energie?) vyvinutý na Michiganské univerzitě navíc snižuje náklady, protože zařízení vystačí s menším množstvím polovodičů.
Jednou z inovací je, že k reakci se využívá energetičtější i méně energetická část spektra. Kratší vlnové délky přímo štěpí vodu, infračervené záření o nižší energii reakci podporuje tím, že systém zahřívá a brání zpětné reakci vzniklého vodíku a kyslíku (oba plyny rychle vybublají a stihnout se oddělit). Toto uspořádání je umožněno katalyzátorem, který nedegraduje ani za vyšších teplot a zvládá vysokou intenzitu světla.
Katalyzátor je vyroben z nanostruktur nitridu india a gallia vypěstovaných na povrchu křemíku. Polovodičová struktura zachycuje světlo a přeměňuje jeho energii na volné elektrony a díry. Nanostruktury jsou posety kovovými kuličkami o průměru asi půl mikrometru, které využívají tyto elektrony a díry k usměrňování reakce. Jednoduchá izolační vrstva na vrcholu panelu udržuje teplotu na 75 °C, což je dost k podpoře reakce a inovovaný polovodičový katalyzátor může při této teplotě ještě dobře fungovat. (Jiné katalyzátory tohoto typu by už degradovaly; v tomto případě se uvádí, že s dobou používání se vlastnosti systému dokonce dále zlepšují.)
Při venkovním experimentu vědci nastavili čočku o velikosti okna domu, která soustředila sluneční světlo na panel o průměru jen několika centimetrů. Dosaženo bylo účinnosti přeměny energie 6 %, v interiéru šlo pak až o výše zmíněných 9 % (protože podmínky reakce šly lépe řídit).
„Věříme, že zařízení pro umělou fotosyntézu budou mnohem účinnější než přirozená fotosyntéza,“ uvádí hlavní autor studie Zetian Mi. Dalším cílem projektu je vedle zvyšování účinnosti také ladění reakce tak, aby vznikající vodík byl dostatečně čistý pro přímé plnění palivových článků.
Vedle energetiky se dnes vodík využívá hlavně při výrobě čpavku (hnojiv).
Zetian Mi, Solar-to-hydrogen efficiency of more than 9% in photocatalytic water splitting, Nature (2023). DOI: 10.1038/s41586-022-05399-1. www.nature.com/articles/s41586-022-05399-1
Zdroj: University of Michigan / TechXplore.com
