UCLA-forskare har designat en enhet som kan använda solenergi för att på ett billigt och effektivt sätt skapa och lagra energi, som kan användas för att driva elektroniska enheter, och att skapa vätgas för miljövänliga bilar.

Enheten skulle kunna göra vätgasbilar överkomliga för många fler konsumenter eftersom den producerar väte med nickel, järn och kobolt — grundämnen som är mycket rikligare och billigare än platina och andra ädelmetaller som för närvarande används för att producera vätebränsle.

"Väte är ett utmärkt bränsle för fordon:det är det renaste bränslet som är känt, det är billigt och det ger inga föroreningar i luften – bara vatten, "sade Richard Kaner, studiens senior författare och en UCLA framstående professor i kemi och biokemi, och materialvetenskap och teknik. "Och detta kan dramatiskt sänka kostnaden för vätbilar."

Teknologin, beskrivs i ett papper i tidningen Energilagringsmaterial , kan vara särskilt användbart på landsbygden, eller till militära enheter som tjänstgör på avlägsna platser.

"Människor behöver bränsle för att driva sina fordon och el för att driva sina enheter, "Kaner sa." Nu kan du göra både el och bränsle med en enda enhet. "

Det kan också vara en del av en lösning för stora städer som behöver sätt att lagra överskottsel från sina elnät.

"Om du kunde omvandla elektricitet till väte, du kan lagra det på obestämd tid, "sa Kaner, som också är medlem i UCLA:s California NanoSystems Institute.

Traditionella vätebränsleceller och superkondensatorer har två elektroder:en positiv och en negativ. Enheten som utvecklats vid UCLA har en tredje elektrod som fungerar som både en superkondensator, som lagrar energi, och som en anordning för att dela vatten i väte och syre, en process som kallas vattenelektrolys. Alla tre elektroderna ansluts till en enda solcell som fungerar som enhetens strömkälla, och den elektriska energin som skördas av solcellen kan lagras på ett av två sätt:elektrokemiskt i superkondensatorn eller kemiskt som väte.

Enheten är också ett steg framåt eftersom den producerar vätebränsle på ett miljövänligt sätt. För närvarande, cirka 95 procent av väteproduktionen i världen kommer från att omvandla fossila bränslen som naturgas till väte – en process som släpper ut stora mängder koldioxid i luften, sa Maher El-Kady, en postdoktor vid UCLA och en medförfattare till forskningen.

"Väteenergi är inte "grön" om den inte produceras från förnybara källor, "Sa El-Kady. Han tillade att användning av solceller och rikligt tillgängliga element för att dela vatten i väte och syre har en enorm potential för att minska kostnaderna för väteproduktion och att tillvägagångssättet så småningom kan ersätta den nuvarande metoden, som bygger på fossila bränslen.

Genom att kombinera en superkondensator och vattenuppdelningstekniken till en enda enhet, Kaner sa, är ett framsteg som liknar första gången en telefon, webbläsare och kamera kombinerades på en smartphone. Den nya tekniken kan så småningom leda till nya tillämpningar som inte ens forskarna har övervägt ännu, sa Kaner.

Forskarna designade elektroderna i nanoskala - tusentals gånger tunnare än tjockleken på ett människohår - för att säkerställa att den största ytan skulle exponeras för vatten, vilket ökar mängden väte som enheten kan producera och lagrar också mer laddning i superkondensatorn. Även om enheten som forskarna gjorde skulle passa i din handflata, Kaner sa att det skulle vara möjligt att göra större versioner eftersom komponenterna är billiga.

"För att vätgasbilar ska användas allmänt, Det finns fortfarande ett behov av en teknik som säkert lagrar stora mängder väte vid normalt tryck och temperatur, istället för de trycksatta cylindrarna som för närvarande används, "sade Mir Mousavi, en medförfattare till artikeln och en professor i kemi vid Irans Tarbiat Modares University.