Исследователи из южнокорейского Института науки и технологий Кванджу (GIST) путем заключения высокоэффективного фотокатода на органической основе в защитную капсулу из металлов смогли добиться высокой прочности перспективного материала для водородных топливных ячеек. Об этом сообщает сайт Smartech.Energy. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Водород в качестве экологически чистой альтернативы ресурсам ископаемого топлива считается главным энергоресурсом нового поколения. Однако современные коммерчески эффективные технологии производства водорода основаны на все том же ископаемом топливе. Потенциально более производительным способом экологичного получения водорода может стать расщепление воды под действием солнечного света.
Этот процесс, известный как фотоэлектрохимическое расщепление воды (фотоэлектролиз), лежит в основе работы органических фотогальванических элементов. Преимущества данного метода в том, что он позволяет:
- массово производить водород в ограниченном пространстве без системы электросетей;
- высокоэффективно преобразовывать солнечную энергию в водород.
Но пока что фотоактивные материалы, используемые для целей фотоэлектролиза, не обладают свойствами, необходимыми для их эффективного использования. Органические полупроводники стали потенциальным фотоэлектродным материалом для коммерческого производства водорода благодаря их высокой производительности и низкой стоимости печати. Но, с другой стороны, они обладают плохой химической стабильностью и низкой плотностью фототока.
Теперь группа исследователей в Южной Корее во главе с профессором GIST Санханом Ли, возможно, наконец решила эту проблему. Ученые применили метод, известный как «инкапсуляция металлической фольги», для предотвращения разрушительного воздействия раствора электролита на органические фотоэлектродные материалы.
Исследовательская группа GIST изготовила органический фотоэлектрический элемент, в котором фотокатод на основе органических полупроводников был покрыт титановой фольгой, дополненной диспергированными наночастицами платины. При тестировании такой фотокатод показал начальный потенциал 1 В по сравнению с обратимым водородным электродом и плотность фототока 12,3 мА/кв.см.
Что особенно примечательно, ячейка продемонстрировала рекордную стабильность работы, сохраняя 95,4% максимального фототока в течение более 30 часов без заметного ухудшения свойств фотоэлектродного материала. Исследователи также протестировали опытный модуль под реальным солнечным светом и смогли производить водород.
Высокостабильный и эффективный фотоэлектрический модуль, разработанный в этом исследовании, показал, что способен обеспечить крупномасштабное производство водорода. «В будущем подобные модули могут быть установлены на водородных заправочных станциях, где топливный водород может одновременно производиться и продаваться в массовом порядке», – считает профессор Ли.