מהנדסי אוניברסיטת רייס השיגו יעילות שוברת שיאים של שמש למימן באמצעות מוליכים למחצה הליד פרוסקיט משולבים ואלקטרוקטליזטורים.
בעידן המסומן בחששות סביבתיים גוברים ובצורך הדחוף בפתרונות אנרגיה ברי קיימא, חוקרים ברחבי העולם הפנו את תשומת לבם לניצול כוחו של אור השמש כדי להתמודד עם אתגרים דחופים אלה. החיפוש אחר פתרונות אנרגיה נקיים וברי קיימא הגיע לאבן דרך משמעותית.
מהנדסי אוניברסיטת רייס המירו את אור השמש למימן ביעילות חסרת תקדים. הישג זה מתאפשר באמצעות מכשיר המשלב מוליכים למחצה הליד פרוסקיט חדישים ואלקטרוקטליזטורים ליחידה אחת, עמידה, חסכונית וניתנת להרחבה בקלות. הטכנולוגיה מייצגת צעד משמעותי לאנרגיה נקייה ומציעה פלטפורמה רב-תכליתית לתגובות כימיות מונעות סולאריות שונות, תוך הפיכת חומרי הזנה לדלקים ביעילות.
החוקרים הדגישו כי ניצול אור השמש כמקור אנרגיה לייצור כימי הוא אתגר משמעותי. הצוות שואף לבנות פלטפורמות כדאיות מבחינה כלכלית המסוגלות לייצר דלקים שמקורם בשמש. הפתרון שלהם כלל תכנון מערכת הקולטת אור ומנהלת כימיה אלקטרוכימית של פיצול מים על פני השטח שלה. התא הפוטואלקטרוכימי משלב קליטת אור, המרת חשמל ותגובה כימית בתוך אותו מכשיר. מכשולים קודמים לייצור מימן ירוק כללו יעילות נמוכה ומוליכים למחצה יקרים.
הצוות הפך את התא הסולארי היעיל שלהם לכור, מה שמאפשר לו לנצל אנרגיה שנקטפה לפיצול מים לחמצן ומימן. עם זאת, נוצר מכשול משמעותי שכן פרוסקיטים הלידים הוכיחו חוסר יציבות רבה במים, והציפויים שנועדו לבודד את המוליכים למחצה גרמו לשיבוש או נזק לתפקודם. החוקרים זיהו את המשמעות של מחסום דו-שכבתי, הכולל שכבה אחת למניעת חדירת מים ושכבה נוספת ליצירת מגע חשמלי מיטבי בין שכבות הפרובסקיט לציפוי המגן. המחקר שלהם הניב את היעילות הגבוהה ביותר מבין תאים פוטו-אלקטרוכימיים ללא ריכוז סולארי והתבלט כמיטב הכולל עבור מכשירים המשתמשים במוליכים למחצה הליד פרוסקיט.
החוקרים הוכיחו את היעילות של תכנון המחסום שלהם בתגובות שונות ועם מוליכים למחצה מגוונים, מה שמצביע על ישימותו הרחבה על פני מערכות רבות. הצוות קיווה שמערכות אלו יפעלו כפלטפורמה להנעת אלקטרונים שונים לעבר תגובות יוצרות דלק, תוך ניצול חומרי הזנה בשפע והסתמכות אך ורק על אור השמש כמקור האנרגיה.
התייחסות: Austin MK Fehr et al, Integrated Halide perovskite photoelectrochemical cells עם יעילות פיצול מים מונע שמש של 20.8%, תקשורת טבע (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-39290-y
קישור לכתבת המקור – 2023-07-21 15:34:42
