Rice University forskare har skapat en effektiv, låg kostnad enhet som delar vatten för att producera vätebränsle.

Plattformen som utvecklats av Brown School of Engineering-labbet av Rice materialforskaren Jun Lou integrerar katalytiska elektroder och perovskitsolceller som, när den utlöses av solljus, producera el. Strömmen går till katalysatorerna som omvandlar vatten till väte och syre, med en verkningsgrad från solljus till väte så hög som 6,7 %.

Den här typen av katalys är inte ny, men labbet packade ett perovskitskikt och elektroderna i en enda modul som, när den tappas i vatten och placeras i solljus, producerar väte utan ytterligare tillförsel.

Plattformen introducerad av Lou, huvudförfattare och Rice postdoktor Jia Liang och deras kollegor i tidskriften American Chemical Society ACS Nano är en självbärande bränsleproducent som, de säger, bör vara enkel att tillverka i bulk.

"Konceptet liknar i stort sett ett konstgjort blad, "Lou sa." Det vi har är en integrerad modul som förvandlar solljus till elektricitet som driver en elektrokemisk reaktion. Den använder vatten och solljus för att få kemiska bränslen."

Perovskiter är kristaller med kubliknande gitter som är kända för att skörda ljus. De mest effektiva perovskitsolceller som hittills producerats uppnår en effektivitet över 25%, men materialen är dyra och tenderar att stressas av ljus, fukt och värme.

"Jia har bytt ut de dyrare komponenterna, som platina, i perovskitsolceller med alternativ som kol, "Sa Lou." Det sänker inträdesbarriären för kommersiell adoption. Integrerade enheter som denna är lovande eftersom de skapar ett system som är hållbart. Detta kräver ingen extern ström för att hålla modulen igång."

Liang sa att nyckelkomponenten kanske inte är perovskiten utan polymeren som inkapslar den, skyddar modulen och låter den vara nedsänkt under långa perioder. "Andra har utvecklat katalytiska system som kopplar solcellen utanför vattnet till nedsänkta elektroder med en tråd, "sa han." Vi förenklar systemet genom att inkapsla perovskitskiktet med en Surlyn (polymer) film. "

Den mönstrade filmen tillåter solljus att nå solcellen samtidigt som den skyddar den och fungerar som en isolator mellan cellerna och elektroderna, sa Liang.

"Med en smart systemdesign, du kan potentiellt göra en självuppehållande loop, "Sa Lou. "Även när det inte finns något solljus, du kan använda lagrad energi i form av kemiskt bränsle. Du kan lägga väte- och syreprodukterna i separata tankar och integrera en annan modul som en bränslecell för att förvandla dessa bränslen tillbaka till elektricitet."

Forskarna sa att de kommer att fortsätta att förbättra inkapslingstekniken såväl som själva solcellerna för att höja effektiviteten hos modulerna.