태양광 발전을 통한 저렴하고 지속 가능한 수소

[아름이]

태양광 발전을 통한 저렴하고 지속 가능한 수소
고온과 160개의 태양 빛을 견디는 새로운 촉매는 이전의 태양 동력 물 분해 장치보다 10배 더 효율적입니다.
날짜:
2023년 1월 4일
원천:
미시간 대학교
요약:
새로운 종류의 태양광 패널이 물을 수소와 산소로 전환하는 효율을 9% 달성했습니다. 이는 자연 광합성의 중요한 단계를 모방한 것입니다. 야외에서 그것은 태양열 물 분해 실험보다 거의 10배 더 효율적인 기술의 주요 도약을 나타냅니다.

미시간 대학에서 개발된 새로운 종류의 태양 전지판은 물을 수소와 산소로 변환하는 데 9%의 효율을 달성했습니다. 이는 자연 광합성의 중요한 단계를 모방한 것입니다. 야외에서 그것은 태양열 물 분해 실험보다 거의 10배 더 효율적인 기술의 주요 도약을 나타냅니다.

그러나 가장 큰 이점은 지속 가능한 수소의 비용을 낮추는 것입니다. 이는 일반적으로 장치에서 가장 비싼 부분인 반도체를 축소하여 가능합니다. 연구팀의 자가 치유 반도체는 160개의 태양에 해당하는 집중광을 견딥니다.

현재 인간은 화석 연료인 메탄에서 수소를 생산하며 그 과정에서 많은 양의 화석 에너지를 사용합니다. 그러나 식물은 햇빛을 사용하여 물에서 수소 원자를 수확합니다. 인류가 탄소 배출량을 줄이려고 노력함에 따라 수소는 독립형 연료로서 그리고 재활용된 이산화탄소로 만든 지속 가능한 연료의 구성 요소로서 매력적입니다. 마찬가지로 예를 들어 비료를 생산하는 많은 화학 공정에 필요합니다.

"결국 우리는 인공 광합성 장치가 자연 광합성보다 훨씬 더 효율적일 것이라고 믿으며, 이는 탄소 중립을 향한 길을 제공할 것입니다 .

뛰어난 결과는 두 가지 발전에서 비롯됩니다. 첫 번째는 빛을 이용하는 반도체를 파괴하지 않고 햇빛을 집중시키는 능력입니다.

"저조도에서만 작동하는 일부 반도체에 비해 반도체의 크기를 100배 이상 줄였습니다. "우리 기술로 생산된 수소는 매우 저렴할 수 있습니다."

두 번째는 태양 스펙트럼의 높은 에너지 부분을 사용하여 물을 분리하고 스펙트럼의 낮은 부분을 사용하여 반응을 촉진하는 열을 제공합니다. 이 마법은 사용하면서 자체적으로 개선되는 반도체 촉매에 의해 가능해지며, 그러한 촉매가 화학 반응을 일으키기 위해 햇빛을 활용할 때 일반적으로 경험하는 열화에 저항합니다.

높은 광도를 처리하는 것 외에도 컴퓨터 반도체에 가혹한 고온에서 번성할 수 있습니다. 더 높은 온도는 물 분해 과정을 가속화하고 추가 열은 수소와 산소가 결합을 갱신하고 다시 한 번 물을 형성하는 대신 분리된 상태로 유지되도록 합니다. 이 두 가지 모두 팀이 더 많은 수소를 수확하는 데 도움이 되었습니다.

야외 실험을 위해 Zhou는 집 창문 크기의 렌즈를 설치하여 불과 몇 인치의 실험 패널에 햇빛을 집중시켰습니다. 그 패널 내에서 반도체 촉매는 분리된 수소와 산소 가스로 버블링하면서 물 층으로 덮여 있었습니다.

촉매는 실리콘 표면에서 성장한 인듐 갈륨 질화물 나노구조로 만들어졌습니다. 그 반도체 웨이퍼는 빛을 포착하여 자유 전자와 정공으로 변환합니다. 즉, 전자가 빛에 의해 해방될 때 남겨진 양전하 갭입니다. 나노 구조는 전자와 정공을 사용하여 반응을 유도하는 1/2000밀리미터 크기의 나노 크기의 금속 볼로 뒤덮여 있습니다.

패널 위의 단순한 절연층은 온도를 섭씨 75도(화씨 167도)로 유지하여 반응을 촉진하는 데 도움이 될 만큼 따뜻하면서도 반도체 촉매가 잘 작동할 수 있도록 충분히 차갑게 유지합니다. 덜 신뢰할 수 있는 햇빛과 온도가 있는 실외 버전의 실험은 태양 에너지를 수소 연료로 전환하는 데 6.1%의 효율성을 달성했습니다. 그러나 실내에서는 시스템 효율이 9%를 달성했습니다.

팀이 해결하려는 다음 과제는 효율성을 더욱 향상시키고 연료 전지에 직접 공급할 수 있는 초고순도 수소를 달성하는 것입니다.

출처 : https://www.sciencedaily.com/