Im ständigen Streben nach reichlich erneuerbaren Alternativen zu fossilen Brennstoffen haben Wissenschaftler durch künstliche Photosynthese Wasserstoff für Brennstoffzellen produziert, der Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufspaltet. Herkömmliche Verfahren hatten Schwierigkeiten, optische, elektronische und chemische Eigenschaften so zu nutzen, dass diese Methode effizient ist. Jetzt haben Forscher von Berkeley Lab ein Rezept entwickelt, mit dem die Einschränkungen in den derzeitigen Materialien vollständig umgangen werden können.
Das Team hat ein künstliches Photosynthese-Gerät geschaffen, das als "hybride photoelektrochemische und voltaische Zelle (HPEV)" bezeichnet wird und Sonnenlicht und Wasser in zwei Arten von Energie verwandelt: Wasserstoff und Elektrizität. Vorhandene künstliche Photosynthesevorrichtungen können nur kleine Prozentanteile des auftreffenden Sonnenlichts nutzen. Gideon Segev, der Hauptautor der Studie, sagt: "Es ist, als würde man im ersten Gang immer ein Auto fahren. Das ist Energie, die man ernten könnte, aber weil Silizium nicht an seinem maximalen Leistungspunkt arbeitet, sind die meisten angeregten Elektronen drin Das Silizium kann nirgendwohin gehen, also verlieren sie ihre Energie, bevor sie genutzt werden, um nützliche Arbeit zu leisten. "
Die Lösung hinter dem neuen Gerät besteht darin, diese Elektronen einfach auszulassen. Die Forscher fügten der Rückseite der Siliziumkomponente im Gerät einen zweiten elektrischen Kontakt hinzu, der den von der Sonnenenergie erzeugten Strom aufteilt und es einem Teil des Stroms erlaubt, das Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufzuspalten und einige als Elektrizität zu speichern . Frühere künstliche Photosynthesegeräte haben einen Wirkungsgrad von 6,8 Prozent. Laut Segev hat das neue Design eine kombinierte Effizienz von 20,2 Prozent.
Jetzt hat das Team die Grundlagen gelöst, es soll nun das Gerät weiter verbessern und reale Anwendungen dafür untersuchen. Natürlich wirft das Design die Frage auf, warum nicht einfach die zusätzliche Energie in einer Batterie gespeichert wird, anstatt Wasserstoff zu produzieren? Batterien sind teuer, ist eine Antwort, aber Brennstoffzellen sind auch nicht billig. Ungeachtet dessen wird Wasserstoff im zukünftigen Energiemix der Welt eine große Rolle spielen. Daher sind alle Schritte zur Verbesserung der Effizienz der Ernte jetzt gute Neuigkeiten für später.
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