Корейский институт машиностроения и материалов KIMM, входящий в Национальный исследовательский совет по науке и технологиям, разработал технологию, которая позволяет стабильно генерировать высокий фототок при естественном солнечном свете для эффективного производства водорода.
Это достижение, упрощающее ранее сложные многоэтапные процессы, кардинально сокращает время изготовления и, как ожидается, ускорит коммерциализацию технологий производства водорода с использованием солнечной энергии.
Исследовательская группа под руководством доктора Джихье Ли, главного научного сотрудника и руководителя Исследовательского центра нанолитографии и производства в Отделе исследований наноконвергентного производства KIMM, разработала методику повышения производительности фотоэлектродов на основе ванадата висмута BiVO4, тем самым максимизируя производство водорода.
Результаты были опубликованы в научном издании Journal of Materials Chemistry A.
Ванадат висмута BiVO4 является оксидом металла, признанным ключевым материалом для систем фотокаталитического расщепления воды благодаря его высокому коэффициенту поглощения света и эффективности преобразования солнечной энергии в водород.
Ранее растворы-прекурсоры BiVO4 можно было приготовить только в концентрациях до 100 мМ. Это ограничение требовало более восьми повторений этапов нанесения покрытия методом центрифугирования и последующей термообработки для формирования высокоэффективных тонких пленок, что значительно замедляло процесс, увеличивало расход материала и приводило к низкой производительности.
Для преодоления этих ограничений исследовательская группа разработала высококонцентрированный раствор-прекурсор BiVO4 путем оптимального смешивания ацетилацетона, уксусной кислоты и диметилсульфоксида DMSO. С этим новым раствором достаточно одного этапа нанесения покрытия методом центрифугирования для производства однородных и высокоэффективных тонких пленок BiVO4, что повышает общую производительность примерно в 5,9 раза по сравнению с традиционными методами.
Кроме того, команда изготовила фотоэлектрод большой площади – 144 квадратных сантиметра – и соединила четыре таких электрода, чтобы создать сверхбольшую электродную систему площадью 576 квадратных сантиметров.
Примечательно, что, соединив эту систему параллельно с кремниевыми солнечными элементами, ученым удалось производить водород, используя только естественный солнечный свет, без какого-либо внешнего источника питания. Эта система генерировала стабильные и высокие фототоки даже при естественном солнечном освещении, что значительно повышает экономическую целесообразность и эффективность экологически чистого производства водорода и улучшает перспективы его коммерциализации.
Доктор Джихье Ли заявляет, что это исследование представляет собой прорыв в эффективности изготовления и производительности фотоэлектродов большой площади благодаря разработке высококонцентрированного раствора-прекурсора BiVO4. Она ожидает, что это «будет способствовать ускорению перехода к устойчивой энергетике и коммерциализации производства «зеленого» водорода».
Исследовательская группа подала заявки на получение национальных патентов и патентов по процедуре PCT (Договор о патентной кооперации) на основе этой технологии.