Perovskiittiä vihreän vedyn tuotantoon

Jos veden jakaminen toteutetaan aurinkoenergialla tai muulla uusiutuvalla energialla, se voisi olla lupaava tapa tuottaa kestävästi vetyä (H2) suuressa mittakaavassa.

Jotta käytännöllinen valosähkökemiallinen veden jakaminen toteutuisi, vähintään 10 % aurinko-vety hyötysuhde tarvitaan käytännöllisten järjestelmien tuottamiseksi.

Useimpien tähän mennessä ehdotettujen valosähkökemiallisten vedenjakojärjestelmien on kuitenkin havaittu olevan joko tehottomia, epävakaita tai vaikeita toteuttaa sillä yhden alueen parannukset voivat usein johtaa toisten heikkenemiseen.

Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) -tutkijat päättivät äskettäin kehittää skaalautuvaa ja tehokasta valosähkökemiallista (PEC) järjestelmää vihreän vedyn tuottamiseksi.

Heidän ehdottamansa järjestelmä perustuu innovatiiviseen formamidinium-lyijytrijodidiin (FAPbI3) perovskiittipohjaiseen fotoanodiin, joka on kapseloitu Ni-folio/NiFeOOH-elektrokatalyytillä.

Tämä metalliin kapseloitu FAPbI 3 -fotoanodi tuottaa valovirran tiheyden 22,8 mA/cm2 1,23 V RHE: llä (jossa V RHE on jännite suhteessa reversiibeliin vetyelektrodiin) ja osoittaa erinomaisen stabiilisuuden 3 päivän ajan simuloidussa yhden auringon valaistuksessa.

Tutkijat rakensivat myös täysin perovskiittipohjaisen valosähkökemiallisen vedenjakojärjestelmän ilman apujännitteitä yhdistämällä fotoanodin samankokoiseen FAPbI3-aurinkokennoon rinnakkain, joka tuottaa 9,8 prosentin aurinko-vedytehokkuuden.

Lisäksi he esittelivät näiden Ni-kapseloitujen FAPbI 3 -fotoanodien skaalaamisen minimoduuleiksi, joiden koko oli jopa 123 cm2, jolloin aurinkoenergian ja vedyn välinen hyötysuhde on 8,5 %.

Perovskiittioksidien korkea luontainen aktiivisuus asettaa ne myös lupaavaksi vaihtoehdoksi jalometallikatalyyteille hapen pelkistysreaktion (ORR) tehokkaassa katalysoinnissa.

Niiden käyttöä haittaa kuitenkin edelleen niiden huono sähkönjohtavuus ja pieni ominaispinta-ala.

Tohokun yliopiston tutkijat ovat käyttäneet kalsiumseostusta sisältävää strategiaa perovskiitin oksidien alhaiseen johtavuuteen ja pinta-alaan liittyvien haasteiden voittamiseksi. ORR-kokeiden olosuhteissa havaittu ainutlaatuinen Ca-uuttoutumisilmiö johtaa korkeampaan pinnan karheuteen, mikä laajentaa merkittävästi hapen pelkistysreaktion käytettävissä olevaa pinta-alaa ja parantaa siten katalyytin suorituskykyä.

Tutkijoiden mukaan rekonstruoitu LCMO64 on yksi kaikkien aikojen parhaiten suoriutuvista ORR-katalyyteistä, ja se tarjoaa uusia näkemyksiä kehittyneiden perovskiittimateriaalien suunnittelusta optimaalisella pintakemialla. Tällä läpimurrolla on kauaskantoisia vaikutuksia vetypolttokennoteknologian laajaan käyttöön." uskovat tutkijat.

Aiheesta aiemmin:

Fotosynteesi puhtaan energian tuotantoon

Halpaa ja kestävää vetyä aurinkovoimalla

Vetyä auringonvalosta