Hanno stabilito un nuovo record di efficienza del 20% nella conversione dell’energia solare in idrogeno utilizzando una cella solare in perovskite – Energy Journal

Un team di ricercatori australiani di Università nazionale australiana (ANU) e il Università del Nuovo Galles del Sud, un nuovo record di efficienza di livello mondiale per la produzione diretta di idrogeno rinnovabile dall’energia solare utilizzando materiali poco costosi, combinando le innovazioni australiane nella prossima generazione di celle solari ed elettrolisi. Questo risultato è riconosciuto come un passo importante verso la riduzione dei costi di produzione dell’idrogeno rinnovabile.

La ricerca è stata pubblicata sulla rivista materiali energetici avanzati Descrive in dettaglio come i ricercatori hanno utilizzato innovazioni rivoluzionarie nella prossima generazione di celle solari “tandem”, insieme ai progressi nelle tecniche di elettrolisi per ottenere efficienze di conversione superiori al 20% dell’energia solare in idrogeno.

I ricercatori hanno utilizzato celle solari “tandem” in silicio-perovskite a basso costo ottimizzate per la produzione di idrogeno, combinando due tipi di celle solari sovrapposte per ottenere un’efficienza combinata del 24,3%, un’efficienza superiore rispetto alla maggior parte delle celle solari al silicio convenzionali.

Il team ha quindi combinato celle solari tandem ad alta efficienza con catalizzatori economici per dividere l’acqua in idrogeno e ossigeno tramite elettrolisi. Passando a materiali poco costosi per produrre un dispositivo solare diretto all’idrogeno, i ricercatori sono stati in grado di ottenere un’efficienza di conversione di oltre il 20%.

I ricercatori hanno affermato di essere stati in grado di raggiungere l’obiettivo di efficienza di conversione fissato da Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti Come parte degli sforzi per ridurre il costo della produzione di idrogeno rinnovabile.

Il team è anche fiducioso che ulteriori ricerche potrebbero eventualmente superare l’obiettivo del governo Morrison di produrre idrogeno a un costo inferiore a $ 2 per chilogrammo.

“I sistemi di separazione solare diretta dell’acqua ad alta efficienza realizzati con assorbitori di luce e catalizzatori a basso costo sono un modo promettente per consentire la commercializzazione delle tecnologie dell’idrogeno solare”, afferma l’articolo di ricerca.

“Abbiamo dimostrato un sistema di suddivisione dell’acqua solare diretto con un’efficienza fino al 20%. [de solar a hidrógeno] Collegando gli elettrodi stimolanti ricchi di terreno con celle tandem perovskite-Si ad alte prestazioni, per raggiungere l’obiettivo dell’efficienza [solar a hidrógeno] istituito dal Ministero dell’Energia per l’anno 2020.

Sebbene l’attuale costo della produzione di idrogeno lo renda non competitivo per una varietà di usi, in particolare quelli relativi all’uso in un sistema di alimentazione, i costi in rapida diminuzione potrebbero rendere l’idrogeno un’alternativa conveniente a molte fonti derivate da combustibili fossili, compresi i combustibili per il trasporto. come carburante. carburante. Fonte di calore industriale.

Il coautore, Siva Karutori, dell’Australian National University, ha dichiarato: rinnovamento dell’economia che combinando celle solari con un elettrolizzatore a idrogeno in una singola unità, è possibile ottenere miglioramenti nell’efficienza produttiva e riduzioni dei costi ben oltre le attuali tecnologie di produzione di idrogeno rinnovabile.

“In un elettrolizzatore centrale che generalmente funziona con l’elettricità dalla rete, la membrana e gli elettrodi sono impilati in varie quantità, spesso centinaia, per ottenere il rendimento richiesto, risultando in un sistema complesso”, ha affermato Karutori.

“Nell’elettrolisi fotovoltaica diretta, come ha dimostrato il nostro lavoro, una singola unità di membrana ed elettrodo può essere integrata direttamente con le celle fotovoltaiche in un’unità di idrogeno solare semplificata. Questo approccio elimina la necessità di infrastrutture di alimentazione ed elettrolizzatori e quindi può portare a una maggiore conversione di energia efficienza e minor costo”.

Il team spera già di aumentare questa efficienza al 25% apportando miglioramenti al design e sfruttando ulteriori progressi nei progetti di celle solari in tandem e stima che ciò potrebbe ridurre il costo della produzione di idrogeno rinnovabile a $ 2,30 per chilogrammo.

“La sfida è trovare la combinazione perfetta di celle fotovoltaiche e catalizzatori che consentirà un’elevata efficienza di conversione dell’energia solare in idrogeno”, ha affermato Karotori.

“La potenza generata dalle celle fotovoltaiche deve corrispondere a quella richiesta dagli elettrodi del catalizzatore. Inoltre, dobbiamo farlo con materiali economici per la misurazione. Il nostro lavoro ha utilizzato perovskite/Si fotovoltaico tandem e catalizzatori a base di nichel che soddisfano bene questo criterio.

Il team di ricerca ha affermato che i forti risultati mostrano il potenziale per combinare le innovazioni nelle tecnologie di produzione dell’idrogeno con l’energia solare per produrre idrogeno rinnovabile a basso costo e sperano che questo svolga un ruolo chiave nella decarbonizzazione del sistema energetico generale.

“L’idrogeno svolge un ruolo fondamentale nei nostri sforzi per passare a emissioni nette zero entro il 2050. Se vogliamo soddisfare la domanda prevista di idrogeno verde nei prossimi anni e a un costo competitivo, abbiamo bisogno di approcci dirompenti”, ha affermato Karutori, che crede che “la produzione solare diretta di idrogeno ha un grande potenziale”. Il nostro lavoro futuro si concentrerà sull’espansione e sul miglioramento delle prestazioni e della durata del sistema.

Visualizzazioni dopo:
20