Высокая энергетическая плотность водорода позволяет надеяться на появление электрической авиации и батарей для хранения возобновляемой энергии. Но прежде чем это произойдет, следует найти более экономически выгодные методы производства водорода. Потому что пока технологии вроде паровой конверсии выбрасывают в атмосферу в 12 раз больше углекислого газа, чем дают водорода. Открытие ученых из Австралийского национального университета может стать важным шагом к чистой энергетике.

Они разработали фотоэлектрохимический солнечно-водородный топливный элемент — потребляющий солнечную энергию и воду и выделяющий водород в обход внешней системы электролиза. В данном случае, к фотоэлектроду был добавлен перовскитовый фотоэлемент. Присоединив недорогие полупроводники, ученые обнаружили, что заметно улучшили эффективность устройства, пишет New Atlas.

«Энергия, выработанная из солнца, пропорциональна запрещенной зоне полупроводника, — пояснил ведущий исследователь Сива Карутури. — Кремний (Si), самый популярный материал на нынешнем рынке фотоэлементов, может производить только треть энергии, необходимой для расщепления воды. Если мы станем использовать полупроводник с запрещенной зоной в два раза больше Si, проблема будет решена. Однако, есть недостаток. Чем выше запрещенная зона, тем ниже у проводника способность улавливать солнечный свет. Для того чтобы разрушить эту зависимость, мы используем два полупроводника в тандеме, с меньшей запрещенной зоной, которая не только эффективно улавливает свет, но и производит необходимую энергию для спонтанного получения водорода».   

Ключевым мерилом успеха является коэффициент преобразования солнечного света в водород. Цель, установленная еще 10 лет назад Министерством энергетики США — 25%.

В прошлом уже удавалось изготовить элементы с КПД 19%, но в них использовались слишком дорогие полупроводники. А те, которые можно назвать доступными, не преодолевали границу в 10%. Собранная австралийскими учеными модель с фотоэлектродом из кремния, титана и платины, показала впечатляющие 17,6% КПД.

Изобретатели уверены, что могут повысить эффективность системы, настроив по-отдельности каждый элемент, а если заменить ценные металлы на более доступные, она станет еще и дешевле. Конечная цель ученых — добиться экологически чистого производства водорода по цене примерно $2 за кг.

Три новых метода улучшения технологии получения водорода с помощью солнечного света разработали в Японии. В качестве катализатора они использовали титанат стронция и увеличили значение квантовой эффективности до 96%.