Израильские ученые взломали безбатарейный накопитель солнечной энергии

Выяснилось, что солнечную энергию можно накапливать, преобразовывая ее в водород с помощью гематита.

Солнечная энергия играет огромную роль в нашей жизни. Если мы сможем использовать это, мы сможем устранить необходимость в загрязнении ископаемыми видами топлива, такими как нефть и газ. Но основная проблема при переходе на солнечную энергию заключается в различной доступности солнечного света по мере прохождения дня и смены времен года.

Поскольку электросети нужна стабильная энергия в любое время дня и ночи, использование солнечной энергии зависит от нашей способности хранить ее. Но нынешняя технология хранения солнечной энергии, батарей, неприменима для хранения солнечной энергии в количествах, необходимых для производства, района или всего города.

Исследователи из Техниона-Израильского технологического института совершили научный прорыв в хранении солнечной энергии, как сообщает Energy & Environmental Sciencе.

Проект, возглавляемый профессором Авнером Ротшильдом из факультета материаловедения Техниона, докторантом Ифатом Пикнером из Энергетической программы Гранд Техниона Нэнси и Стивена (GTEP) показал, что гематит может служить многообещающим материалом для преобразования солнечной энергии в водород.

Процесс влечет за собой использование фотоэлектрохимических солнечных элементов, которые похожи на фотоэлектрические элементы, но вместо выработки электричества они производят водород, используя генерируемую в них электроэнергию (ток×напряжение). Затем мощность использует энергию солнечного света для диссоциации молекул воды на водород и кислород.

Водород легко хранить, и когда он используется в качестве топлива, он не вызывает выбросов парниковых газов или углерода.

Одной из основных задач фотоэлектрохимических ячеек является разработка эффективных и стабильных фотоэлектродов в щелочном или кислотном электролите, который представляет собой химическую среду, в которой вода может эффективно расщепляться на водород и кислород. Именно здесь вступают в игру фотоэлектрохимические клетки на основе гематита.

Гематит — это оксид железа, который по химическому составу похож на ржавчину. Гематит недорогой, стабильный и нетоксичный, а также обладает свойствами, подходящими для расщепления воды. Однако у гематита есть и недостатки. По причинам, которые до сих пор неясны, эффективность преобразования фотонов в водород в устройствах на основе гематита не составляет даже половины теоретического предела для этого материала.

Новое исследование Техниона основано на выводах, недавно опубликованных в Nature Materials, и предлагает объяснение.

Оказывается, фотоны, поглощенные гематитом, производят локализованные электронные переходы, которые «привязаны» к определенному атомному положению в кристалле гематита, что делает их неспособными генерировать электрический ток, используемый для расщепления воды.

Но с помощью нового метода анализа, разработанного Пикнер и ее коллегами-исследователями, доктором Дэвидом Эллисом из Техниона и доктором Дэниелом Грейвом из Университета Бен-Гуриона в Негеве, впервые были измерены следующие данные: подвижные (продуктивные) и локализованные (непродуктивные) электронные переходы в материале в результате поглощения фотонов на разных длинах волн и эффективность разделения электронов и дырок.

Это первый раз, когда эти два свойства (первое, оптическое по своей природе, а второе, электрическое) были измерены отдельно, что позволило глубже понять факторы, влияющие на энергоэффективность материалов для преобразования солнечной энергии в водород или электричество.