Исследователи из Университета Райса в Хьюстоне (США) создали эффективное и недорогое устройство, которое без дополнительных энергозатрат расщепляет воду для получения водородного топлива.

«Вечный двигатель» на воде и солнце

Платформа, разработанная исследователем Джун Лу из Brown School of Engineering lab of Rice materials, объединяет каталитические электроды и перовскитовые солнечные элементы, которые при срабатывании от солнечного света производят электричество. Ток течет к катализаторам, которые превращают воду в водород и кислород.

Этот вид катализа не является новым, но лаборатория упаковала слой перовскита и электроды в один модуль, который, когда его опускают в воду и помещают на солнечный свет, производит водород без дальнейшего подвода какой-либо энергии.

Платформа, представленная Лу, ведущим автором и аспирантом Райса Цзя Ляном и их коллегами в журнале Американского химического общества ACS Nano, фактически является самоподдерживающимся производителем топлива — при наличии солнца и воды своего рода «вечным двигателем». И такие платформы, по их словам, можно производить оптом.

Искусственный лист

На исследования в области производства топлива на солнечных батареях ученых вдохновила концепция «искусственного листа».

— Эта концепция в целом похожа на искусственный лист, — сказал Лу. — У нас есть встроенный модуль, который превращает солнечный свет в электричество, используя электрохимическую реакцию. Модуль использует воду и солнечный свет для получения химического топлива.

Перовскиты — это кристаллы с кубовидными решетками, которые собирают свет. Наиболее эффективные перовскитовые солнечные элементы, произведенные до сих пор, достигают КПД выше 25%, но материалы являются дорогими и, как правило, подвергаются воздействию света, влажности и тепла.

Дешевле, чем раньше

«Цзя заменил более дорогие компоненты, такие как платина, в перовскитовых солнечных элементах альтернативами, такими как углерод», — сказал Лу. — Это снижает входной барьер для коммерческого использования. Интегрированные устройства, подобные этому, перспективны, потому что они создают устойчивую систему. Не требуется никакого дополнительного внешнего питания для поддержания работы модуля".

Ключевым компонентом может быть не перовскит, а полимер, который инкапсулирует его, защищая модуль и позволяя погружаться в воду в течение длительного времени. Узорчатая пленка позволяет солнечному свету достигать солнечного элемента, защищая его, и служит изолятором между ячейками и электродами.

«С помощью умной конструкции системы вы потенциально можете создать самоподдерживающуюся систему, — сказал Лу. — Даже когда нет солнечного света, вы можете использовать накопленную энергию в виде химического топлива. Вы можете поместить водород и кислород в отдельные баки и включить другой модуль, чтобы превратить это топливо в электричество».

Исследователи заявили, что они будут продолжать совершенствовать технику инкапсуляции, а также сами солнечные элементы, чтобы повысить эффективность модулей.

Водородное топливо — шаг в будущее

Водород может использоваться в качестве топлива в обычном двигателе внутреннего сгорания. Это позволяет как существенно сократить потребление ископаемых углеводородных топлив, так и значительно продвинуться в решении экологической проблемы загрязнения атмосферы городов вредными для здоровья человека составляющими выхлопных газов автомобилей и тепловозов. Ведь при сжигании водорода образуются лишь вода. Автомобили на водородном топливе уже производятся. Среди компаний, которые производят такие автомобили — Toyota, Honda и Hyundai. Разработкой автомобилей на водородном топливе занимаются также Daimler, Audi, BMW, Ford, Nissan и др.

Ранее «Бора-медиа» рассказывала о том, как быстро узнать температуру воды в десяти морях.