Zöld hidrogén napfénnyel: ez az új gyártási módszer felgyorsítja a piaci bevezetést
Külső energiaforrás nélkül, természetes napfényből sikerült hidrogént előállítani. Az új technológiával közel hatszorosára nőtt a gyártási hatékonyság, ami kulcsfontosságú a piaci a sikerhez.
A Koreai Gépek és Anyagok Intézete (KIMM) dolgozta ki azt a technológiát, amely természetes napfény alatt is stabilan működik, nagy fotoáramot generál, és ezzel hatékonyan állít elő hidrogént. Az intézet egyszerűsítette a korábban bonyolult, többlépcsős gyártási folyamatot, és jelentősen csökkentette az előállítási időt. A fejlesztés célja, hogy felgyorsítsa a napenergiával működő hidrogéntermelési technológiák kereskedelmi hasznosítását.
A KIMM közleménye szerint a kutatást Dr. Li Dzsihe, az intézet Nano-konvergencia Gyártástechnológiai Kutatórészlegének vezető tudományos főmunkatársa irányította. A csapata olyan eljárást dolgozott ki, amely növeli a bizmut-vanadát (BiVO₄) fotoelektródák gyárthatóságát, ezzel maximalizálva a hidrogéntermelést. A BiVO₄ egy fém-oxid, amelyet magas fényelnyelő képessége és napenergia-hidrogén átalakítási hatásfoka miatt kulcsfontosságú anyagnak tartanak a napenergiás vízbontó rendszerekben.
A technológia sikeres működtetéséhez szükséges BiVO₄ előanyagoldatokat korábban legfeljebb 100 millimol per literes koncentrációban lehetett előállítani. Ez a korlátozó tényező nagy idő- és energiaigényű munkát igényelt ahhoz, hogy jó teljesítményű vékonyréteget lehessen kialakítani, így komolyan lassult a folyamat és jelentősen megnőtt az anyagfelhasználás is.
A kutatócsoport acetil-aceton, ecetsav és dimetil-szulfoxid (DMSO) optimális keverésével állított elő nagy koncentrációjú BiVO₄ előanyagoldatot. Ezzel az oldattal már egyetlen centrifugálás is elegendő volt az egyenletes, jó teljesítményű vékonyréteg kialakításához.
A módszerrel mintegy 5,9-szeresére nőtt a termelékenység a korábbi eljárásokhoz képest.
A csapat létrehozott egy 144 négyzetcentiméteres felületű fotoelektródát, majd négy újfajta egységet összekötve hozott létre egy 576 négyzetcentiméteres, óriás elektróda rendszert. Ezt párhuzamosan összekötötték szilícium alapú napelemekkel, ezáltal kizárólag természetes napfény felhasználásával is sikerült hidrogént előállítani – külső energiaforrás nélkül. A rendszer természetes napfény alatt is stabilan és magas szinten termelt fotoáramot, ami javította a környezetbarát hidrogéntermelés gazdaságosságát és hatékonyságát.
„Ez a kutatás, a nagy koncentrációjú BiVO₄ előanyagoldat kifejlesztésével, áttörést jelent a nagyfelületű fotoelektródák gyártási hatékonyságában és termelékenységében. Azt várjuk tőle, hogy hozzájárul a fenntartható energiára való áttérés és a zöld hidrogéntermelés piaci bevezetésének felgyorsításához” – mutatott rá Li Dzsihe.
A kutatócsoport már be is nyújtotta a kapcsolódó szabadalmi kérelmeket belföldön és a nemzetközi PCT (Szabadalmi Együttműködési Szerződés) keretrendszerben. Az eredményeket a Journal of Materials Chemistry című nemzetközi tudományos folyóirat is közölte.
A címlapképen: Dr. Li Dzsihe (jobbra) a kutatócsoport egyik tudósával, Hoyoung Livel és az új óriás elektróda rendszer prototípusával. Fotó: KIMM
