Хранение солнечной энергии в виде водорода является перспективным способом для разработки комплексных систем возобновляемой энергии. Чтобы достичь этого, могут быть использованы традиционные солнечные панели для генерации электрического тока, который разделяет молекулы воды на кислород и водород, причем последний считается формой солнечного топлива. Тем не менее, стоимость производства эффективных солнечных панелей делает технологию расщепления воды слишком дорогой для коммерциализации. Ученые из EPFL разработали простой метод нетрадиционной изготовления высококачественных эффективных солнечных панелей для прямого производства солнечного водорода с низкой стоимостью.
До водорода рассматривалось много различных материалов для использования в прямых конверсионных технологиях, но «двумерные материалы» в последнее время были определены в качестве перспективных кандидатов. В целом эти материалы (в число который входит и широко известный графен) имею превосходные электронные свойства. Тем не менее, сбор используемого количества солнечной энергии требует больших площадей солнечных панелей. Крайне сложно и дорого изготавливать тонкие пленки двумерных материалов в таких масштабах и одновременно поддерживать хорошую производительность.
Для решения этой проблемы Кевин Сивула и его коллеги из EPFL применили инновационный и дешевый способ, который использует границу между двумя неперемешиваемыми жидкостями. Исследователи сосредоточились на одном из лучших двумерных материалов для солнечного расщепления воды под названием «вольфрамовый диселенид». Проведенные исследования показали, что этот материал имеет высокую эффективность для преобразования солнечной энергии непосредственно в водородное топливо, а также высокую стабильность.
Перед тем, как нанести на него тонкую пленку, ученые сперва потребовалось достичь равномерной дисперсию материала. Для этого они смешали порошок вольфрамового диселенида порошок с жидким растворителем, используя звуковые вибрации для его «отслаивания» его на тонкие, двумерные хлопья, а затем добавили специальные химические вещества для стабилизации смеси. Подобный метод позволяет производить равномерную дисперсию хлопьев, похожих на чернила или краски.
Затем исследователи использовали последнюю инновацию для получения высококачественных тонких пленок: они ввели чернила вольфрамового диселенида на границу между двумя жидкостями, которые не смешиваются. Используя этот эффект масла и воды, они использовали границу раздела двух жидкостей в виде «скалки», что побудило к формированию двумерных хлопьев и высокого качественной тонкой пленки с минимальным слипанием и перераспределением. Жидкости были затем осторожно удалены, и полученные тонкие пленки был перенесены на гибкую пластиковую поддержку - что намного дешевле по сравнению с традиционными панелями солнечных батарей.
Тонкая пленка, произведенная подобным способом, была проверена и признана превосходящей по эффективности, в отличие от других пленок, сделанных из того же материала, но с использованием других сопоставимых методов. В этом этапе доказательства правильности концепции этапе эффективность преобразования солнечной энергии к водороду составляет около 1% - но это уже огромное улучшение по сравнению с тонкими пленками, полученными с помощью других методов, и со значительным потенциалом для более высокой эффективности в будущем.
Что еще более важно, этот метод «жидкость-жидкость» может быть расширен на коммерческом уровне. Учитывая стабильность этих материалов и сравнительной легкости метода осаждения, он представляет собой важный шаг вперед в направлении экономичного преобразования солнечной энергии в топливо.
|