Принципиально новый фотоэлемент

новые фотоэлементы Исследователи из Университета штата Иллинойс в Чикаго спроектировали фотоэлемент, потенциально изменяющий правила игры, который дешево и эффективно преобразует атмосферный углекислый газ непосредственно в пригодное для использования углеводородное топливо, используя только солнечный свет в качестве источника энергии.  

Об исследовании сообщается в выпуске Science от 29 июля, а финансировалось оно Национальным научным фондом и Департаментом энергетики США. Предварительная заявка на выдачу патента уже подана.

В отличие от обычных фотоэлементов, которые преобразуют солнечный свет в электричество, которое в свою очередь должно храниться в тяжелых батареях, новое устройство по существу делает работу заводов, превращая атмосферный углекислый газ в топливо, решая две важные проблемы одновременно. Солнечная ферма из таких «искусственных листьев» может удалить значительные количества углерода из атмосферы и эффективно производить высокоплотное топливо. «Новый фотоэлемент не фотоэлектрический — он фотосинтетический,» говорит Amin Salehi-Khojin, доцент кафедры механического и промышленного строительства Иллинойского университета в Чикаго и старший автор исследования. «Вместо того, чтобы производить энергию по неустойчивому одностороннему пути от ископаемого топлива к парниковому газу, теперь мы можем полностью изменить процесс и утилизировать атмосферный углерод в топливо с помощью солнечного света,» сказал он. В то время как заводы производят топливо в виде сахара, «искусственный лист» дает сингаз или синтетический газ, смесь газообразного водорода и окиси углерода. Синтетический газ может быть сожжен непосредственно или преобразован в дизельное топливо, или другие углеводородные виды топлива.

Способность превращать CO2 в топливо по цене, сравнимой с галлоном бензина, превратило бы ископаемое топливо в вышедшее из употребления.

Химические реакции, которые преобразуют CO2 в горючие формы углерода, называются реакциями восстановления в противоположность к окислению или сгоранию. Инженеры исследовали различные катализаторы для активизации химических реакций сокращения CO2, но до сих пор такие реакции были неэффективными и основывались на дорогих драгоценных металлах, таких как серебро, сказал Salehi-Khojin.

«То, что нам нужно было, так это новое семейство химических веществ с необычными свойствами,» сказал он.

Salehi-Khojin и его коллеги сосредоточились на семье наноструктурированных соединений, называемых халькогенидами переходных металлов — TMDC — в качестве катализаторов, на их взаимодействии с нестандартной ионной жидкостью в качестве электролита внутри двухкамерного, трехэлектродного электрохимического фотоэлемента.

Лучшим из нескольких катализаторов оказался селенид вольфрама в виде хлопьев наноразмера.

«Новый катализатор более активен; более способный разорвать химические связи двуокиси углерода, «сказал Мохаммад АСАДИ.

И действительно, по его словам, новый катализатор в 1000 раз быстрее, чем из благородных металлов — и примерно в 20 раз дешевле.

Другие исследователи использовали катализаторы TMDC для получения водорода другими методами, а не путем сокращения СО2. Катализатор не смог выдержать реакцию. «Активные участки катализатора зашлаковываются и окисляются,» сказал Salehi-Khojin . Прорывом стало использование ионной жидкости, называемой тетрафторборат этил-метил-имидазола, смешанной с водой 50 на 50.

«Соединение воды и ионной жидкости создает сокатализатор, который сохраняет активные свойства катализатора в жестких условиях реакции восстановления,» сказал Salehi-Khojin

«Искусственный лист» Иллинойского университета в Чикаго состоит из двух кремниевых трехпереходных фотоэлементов площадью 18 квадратных сантиметров для сбора света; селенида вольфрама и ионного жидкого сокатализатора на стороне катода; и оксида кобальта в фосфатном электролите калия на стороне анода.

Когда свет мощностью 100 Вт на квадратный метр — примерно с такой  средней интенсивностью свет достигает поверхности Земли — заряжает фотоэлемент, водород и монооксид углерода поднимаются вверх от катода, в то время как на аноде производятся свободные ионы кислорода и водорода.

«Ионы водорода диффундируют через мембрану в сторону катода, чтобы участвовать в реакции восстановления диоксида углерода,» сказал Асади.

Технология должна быть адаптирована не только для широкомасштабного использования подобно солнечным фермам, но и для ограниченного применения, сказал Salehi-Khojin . В будущем, по его словам, это может оказаться полезным на Марсе, чья атмосфера в основном состоит из углекислого газа, если также будет установлено, что на планете есть вода.

Полностью статью “Nanostructured transition metal dichalcogenide electrocatalysts for CO2 reduction in ionic liquid” можно прочесть на Science.

Источник: http://www.sonnenseite.com/en/science/breakthrough-solar-cell-captures-co2-and-sunlight-produces-burnable-fuel.html?utm_source=dlvr.it&utm_medium=facebook

Написать нам