نوع جدیدی از پنل های خورشیدی از طریق فرآیندی به نام فتوسنتز مصنوعی به ۹ درصد بازدهی در تبدیل آب به هیدروژن و اکسیژن دست یافته است.
به گزارش تک ناک، طبق بیانیه مطبوعاتی دانشگاه میشیگان که روز چهارشنبه منتشر شد، این یک پیشرفت بزرگ است زیرا تقریباً ده برابر آزمایش‌های قبلی آبکافت خورشیدی کارایی دارد.
زتیان می، استاد مهندسی برق و کامپیوتر دانشگاه میشیگان می گوید: در پایان، ما معتقدیم که دستگاه های فتوسنتز مصنوعی بسیار کارآمدتر از فتوسنتز طبیعی خواهند بود و مسیر را به سمت انتشار کربن صفر هموار تر می کند.
تیم تحقیقاتی به رهبری می، توانست اندازه نیمه هادی را که معمولاً گران ترین قسمت دستگاه است، کوچک کند و یک نیمه هادی خود ترمیم شونده ایجاد کرد که می تواند نور متمرکزی معادل 160 خورشید را تحمل کند.
این فناوری پتانسیل کاهش قابل توجهی از هزینه هیدروژن پایدار را دارد که برای بسیاری از فرآیندهای شیمیایی مورد نیاز است و می تواند به عنوان سوخت مستقل یا به عنوان بخشی در یک سوخت های پایدار ساخته شده با دی اکسید کربن بازیافتی مورد استفاده قرار گیرد.
هیدروژن ارزان
نتیجه استثنایی محصول دو تحول است. اولین مورد، ظرفیت تمرکز نور خورشید بدون آسیب رساندن به نیمه هادی مورد استفاده برای جذب آن است.
روش دوم شامل آبکافت با استفاده از بخش انرژی بالاتر از طیف خورشید و گرم کردن واکنش با استفاده از بخش انرژی پایین‌تر طیف است.
در بیانیه مطبوعاتی ادعا شده است که یک کاتالیزور نیمه هادی، که قدرت جادویی را فراهم می کند، با استفاده بیشتر بهتر می شود و در مقابل خرابی که معمولا در هنگام استفاده از انرژی خورشیدی برای واکنش های شیمیایی اتفاق می افتد مقاومت می کند.
پنگ ژو، نویسنده اول این مطالعه و محقق دانشگاه میشیگان در دپارتمان مهندسی برق و کامپیوتر، گفت: ما در مقایسه با برخی از نیمه هادی ها که فقط در شدت نور کم کار می کنند، اندازه نیمه هادی ها را بیش از 100 برابر کاهش دادیم.
هیدروژن تولید شده توسط فناوری ما می تواند بسیار ارزان باشد.این نیمه هادی می تواند علاوه بر تحمل شدت نور بالا، در دماهای بالا که برای تراشه های کامپیوتری طاقت فرسا هستند، زنده بماند. گرمای بیشتر به جای تشکیل مجدد پیوندها، هیدروژن و اکسیژن را از هم جدا می کند، که فرآیند آبکافت را سرعت می بخشد. این تیم توانست به دلیل این موارد هیدروژن اضافی جمع آوری کند.
کاتالیزور
روی یک سطح سیلیکونی، نانوساختارهای نیترید گالیوم ایندیم برای تشکیل کاتالیزور رشد داده شد.
نور توسط ویفر نیمه هادی جذب می شود و به الکترون ها و حفره های آزاد تبدیل می شود. این فضاها دارای بار مثبت هستند و هنگام رها شدن الکترون ها توسط نور باقی می مانند.
گلوله های فلزی در مقیاس نانو که قطر آنها 2000/1 میلی متر است در سراسر نانوساختارها پراکنده شده و از الکترون ها و حفره های موجود در محیط برای هدایت واکنش استفاده می کنند.
درجه حرارت روی 75 درجه سانتیگراد یا 167 درجه فارنهایت توسط یک لایه عایق مستقیم در بالای صفحه حفظ می شود. این دما به اندازه کافی گرم می شود تا به پیشبرد واکنش کمک کند و در عین حال به اندازه کافی خنک بماند تا کاتالیزور نیمه هادی به طور موثر عمل کند.
اثربخشی تبدیل انرژی خورشیدی به سوخت هیدروژن در آزمایش فضای بیرونی در شرایطی که دما و نور خورشید کمتری وجود دارد، 6.1 درصد بود. با این حال، راندمان سیستم در داخل خانه نه درصد است.
این تیم قصد دارد به بهبود کارایی این فناوری ادامه دهد و هیدروژن با خلوص فوق العاده بالا تولید کند که می تواند مستقیماً در سلول های سوختی استفاده شود.
این مطالعه برای اولین بار در 04 ژانویه 2022 در مجله Nature منتشر شد.
