Väte är ett rent, förnybart bränsle som har potential att driva våra hem och företag och hjälpa oss att minska vårt beroende av fossila bränslen. Att producera väte kan dock vara en utmaning, särskilt på ett sätt som är kostnadseffektivt och hållbart.

Ett lovande tillvägagångssätt för väteproduktion är genom användning av kisel. Kisel är ett halvledarmaterial som finns rikligt i jordskorpan. När det utsätts för vatten kan kisel producera vätgas genom en process som kallas fotoelektrokemisk (PEC) vattenklyvning.

Vid PEC-vattenklyvning absorberas ljusenergi av kiselhalvledaren, vilket skapar en elektrisk ström. Denna ström driver uppdelningen av vattenmolekyler till väte och syrgas.

Effektiviteten för PEC-vattendelning beror på flera faktorer, inklusive typen av kisel som används, ljuskällan och celldesignen. Forskare har dock gjort betydande framsteg i att förbättra effektiviteten av denna process under de senaste åren.

2017 rapporterade ett team av forskare vid California Institute of Technology (Caltech) en ny typ av kiselfotoelektrod som uppnådde en sol-till-väte-omvandlingseffektivitet på 12,4 %. Detta är den högsta effektiviteten som någonsin rapporterats för ett kiselbaserat PEC-vattenklyvningssystem.

Caltech-forskarna använde en speciell typ av kisel som kallas svart kisel, som har en ruggad yta som hjälper till att absorbera mer ljus. De använde också en koncentrerad ljuskälla och en specialdesignad cell för att förbättra effektiviteten i processen.

Utvecklingen av denna nya typ av kiselfotoelektrod är ett betydande steg framåt i strävan efter kostnadseffektiv och hållbar väteproduktion. Med fortsatt forskning och utveckling kan PEC-vattenklyvning en dag bli en viktig källa till ren, förnybar energi.

Fördelar med att använda kisel för väteproduktion

Det finns flera fördelar med att använda kisel för väteproduktion, inklusive:

* Överflöd: Kisel är det näst vanligaste grundämnet i jordskorpan, efter syre. Det betyder att det är ett lättillgängligt och billigt material.

* Stabilitet: Kisel är ett mycket stabilt material, vilket gör det väl lämpat för användning i tuffa miljöer.

* Ej giftig: Kisel är giftfritt, vilket innebär att det inte utgör någon hälsorisk för människor eller miljö.

* Hög effektivitet: Kiselbaserade PEC-vattenklyvningssystem kan uppnå hög verkningsgrad, vilket gör att de kan producera mycket väte med en liten mängd energi.

Utmaningar med att använda kisel för väteproduktion

Det finns också några utmaningar förknippade med att använda kisel för väteproduktion, inklusive:

* Hög kostnad: Kisel är ett relativt dyrt material, vilket kan göra det svårt att producera väte i stor skala.

* Begränsad ljusabsorption: Kisel absorberar inte ljus särskilt bra, vilket gör att det kan vara svårt att generera tillräckligt med el för att driva vattenklyvningsprocessen.

* Korrosion: Kisel kan korrodera i närvaro av vatten, vilket kan minska effektiviteten och livslängden för PEC-vattenklyvningssystem.

Vägbeskrivningar för forskning

Forskare arbetar för att övervinna de utmaningar som är förknippade med att använda kisel för väteproduktion. Några av de mest lovande forskningsriktningarna inkluderar:

* Utveckla nya typer av kiselmaterial som är mer effektiva på att absorbera ljus och mindre känsliga för korrosion.

* Förbättring av celldesignen för att öka effektiviteten i vattenklyvningsprocessen.

* Reducerar kostnaderna för kiselbaserade PEC-vattenklyvningssystem.

Med fortsatt forskning och utveckling kan kiselbaserad PEC-vattenklyvning en dag bli en viktig källa till ren, förnybar energi.