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本質的に水を曲げて再生可能エネルギーと出会う分野では、研究者達は光合成を利用して水を分割して水素燃料を製造することに成功した。分子レベルでH 2 Oを分解することは、科学者が200年以上前から行ってきたことであり、それを拡大することができれば、排出ガスのない水素経済への興味をそそる鍵を握ることができます。
幸い我々はコストを下げることに進歩を遂げました、そして研究者も人工光合成の芸術を習得することに近づいています、しかし低い効率は少なくとも今までのところプロセスを大きく夢見ることから守ります。
それは月曜日に発表された新しい論文によると ネイチャーマテリアル Lawrence Berkeley National Laboratoryによるもので、現在の光電気化学電池のボトルネックを回避するシンプルで洗練されたハイブリッドソリューションを提供しています。
「これは無料の昼食です」と主任研究員のGideon Segevは語っています 逆.
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光電気化学電池は科学の水と光の曲がり
光電気化学電池は通常、光を吸収するさまざまな材料の積み重ねです。各層は異なる波長を吸収し、水を酸素と水素燃料に分けるのに十分強い電圧に達する電圧を作り上げます。
これは、当然のことながら、日光の有効利用のように聞こえます。しかし、シリコン太陽電池がうまく機能していても、スタック内の他の材料がその性能に合わず、エネルギーが無駄になる場合があるため、問題が発生します。
「あなたは2つの材料、理想的にはシリコンと、その材料のよりエネルギー的な部分を吸収する他の材料の上に必要です」とSegevは言います。 「システムのボトルネックは常に他の材料であるため、他の材料をより良くすることが研究の大部分です。」
電子がいかにエレガントな解決策を提示するか
Segev氏と彼のチームは、その「その他の資料」に焦点を絞った非常に多くの調査を行い、システム全体をより良くする方法を検討しながら一歩後退することにしました。そして彼らは、盗聴されるのを待っている他のエネルギー源があることに気づいた：電子。
「あなたはこの半導体材料を持っていて、それは光を吸収します。光は粒子と考えることができます。つまり、光子が吸収されると、励起状態の電子にエネルギーが与えられます」とSegevは説明します。 「あなたは、電子がエネルギーを失う前に、光子が与えたエネルギーである特定の時間があると言うことができます。
以前の研究では、単に細胞を加熱してエネルギーを消散させることしかできなかった。 Segevのチームは文字通り電子のエネルギーに出口を与えた。ほとんどの水分解装置には通常2つの側面があります。1つは太陽燃料を生産するためのもので、もう1つは電流を放出するためのものです。 2種類のエネルギー、1つの細胞。
試作品 - 作成するために1年の間に19の刺激的な繰り返しを要した - は水素エネルギーに対する太陽エネルギーの効率率をその現在の率、6.8パーセントから劇的な可能性を持っています。理想的な材料を使用して、グループは従来の太陽水素電池の割合を3倍にする20.2パーセントまでの潜在的な増加を計算しました。
突然、将来の太陽 - 水素燃料補給所は絶望的ではないように思えるが、我々が水素駆動のユートピアをもたらすことができる前にさらなる研究が必要である。
「それが効率的に機能し、コスト競争力があるなら、多分私達は太陽によって動力を与えられる商業用または水素燃料補給所について話を始めることができます」とSegevは言います。 「しかし、これは現時点では非常に時期尚早であると思いますので、明日の朝にこれをテクノロジにすることについて話すことができる時点ではありません。」
しかし、Segev、私たちは夢を見ることができます。
訂正：これまでのバージョンのストーリーでは、プロトタイプは3倍の効率を達成したと誤って印刷されていましたが、これは計算式のままです。この記事は、研究の著者による追加のコメントで更新されました。