تولید بی سابقه هیدروژن

تحمل گرمای ۱۶۰ خورشید توسط نیمه رسانای خودترمیم شونده

تحمل گرمای ۱۶۰ خورشید توسط نیمه رسانای خودترمیم شونده

به گزارش گردو دانلود، یک نیمه هادی یا نیمه رسانای خود ترمیم شونده جدید می تواند نوری برابر با ۱۶۰ خورشید را برای تولید هیدروژن تحمل کند و دانشمندان می گویند این یک پیشرفت بزرگ است، چون که تقریبا ۱۰ برابر کارآمدتر از آزمایش های قبلی شکافت آب خورشیدی است.


به گزارش گردو دانلود به نقل از ایسنا و به نقل از آی ای، نوع جدیدی از پنل های خورشیدی در تبدیل آب به هیدروژن و اکسیژن از راه فرآیندی به نام فتوسنتز مصنوعی به ۹ درصد بازدهی دست یافته است.
طبق بیانیه مطبوعاتی پژوهشگران دانشگاه میشیگان، این یک پیشرفت بزرگ است، چونکه تقریبا ۱۰ برابر نسبت به آزمایش های قبلی شکافت آب خورشیدی کارآمدتر است.
شکافت آب(Water splitting) عبارتی کلی است که به کلیه واکنش های شیمیایی که منجر به تجزیه مولکول آب به دو عنصر تشکیل دهنده آن یعنی اکسیژن و هیدروژن می شود، اطلاق می شود.
زتیان می، استاد مهندسی برق و کامپیوتر دانشگاه میشیگان می گوید: ما معتقدیم که دستگاههای فتوسنتز مصنوعی در نهایت، بسیار کارآمدتر از فتوسنتز طبیعی خواهند بود که مسیری را به سمت خنثی سازی کربن فراهم می آورد.
این گروه پژوهشی به رهبری زتیان می، توانست اندازه نیمه رسانا یا نیمه هادی را که معمولا گران ترین قسمت دستگاه است، کوچک کند و یک نیمه هادی خودترمیم شونده ایجاد کرد که می تواند نور متمرکزی معادل ۱۶۰ خورشید را تحمل کند.
این فناوری پتانسیل کاهش قابل توجهی در هزینه تولید هیدروژن پایدار را دارد که برای خیلی از فرآیندهای شیمیایی مورد نیاز است و می تواند بعنوان سوخت مستقل یا بعنوان یک جزء در سوخت های پایدار ساخته شده با کربن دی اکسید بازیافتی مورد استفاده قرار گیرد.
هیدروژن ارزان
نتیجه استثنایی این محصول، ایجاد دو تحول است. نخستین مورد، ظرفیت تمرکز نور خورشید بدون صدمه رساندن به نیمه هادی مورد استفاده برای جذب آن است. تحول دوم هم شامل شکافت آب با استفاده از انرژی طیف بالای نور خورشید و گرم کردن واکنش با استفاده از بخش طیف پایین تر آن است.
در بیانیه مطبوعاتی پژوهشگران این مطالعه ادعا شده است که یک کاتالیزور نیمه هادی که قدرتی جادویی را فراهم می آورد، همزمان با استفاده بهتر می شود و در مقابل فرسایشی که معمولا هنگام استفاده از نور خورشید برای تحریک واکنش های شیمیایی رخ می دهد، مقاومت می کند.
پنگ ژو نویسنده ارشد این مطالعه می گوید: ما در مقایسه با بعضی از نیمه هادی ها که فقط در شدت نور کم کار می کنند، اندازه آنها را بیشتر از ۱۰۰ برابر کاهش دادیم.
وی ادامه داد: هیدروژن ساخته شده توسط فناوری ما می تواند بسیار ارزان باشد. این نیمه هادی می تواند علاوه بر تحمل شدت نور بالا، در عین حال در دماهای بالا که برای تراشه های کامپیوتری مخرب است، زنده بماند.
گرمای بیشتر به جای تشکیل مجدد پیوندها و شکافت آب، هیدروژن و اکسیژن را از هم جدا می کند که فرایند شکافت آب را سرعت می بخشد. این گروه پژوهشی توانست به علت این موارد، هیدروژن بیشتری تولید نماید.
کاتالیزور
نانوساختارهای گالیوم ایندیم نیترید روی یک سطح سیلیکونی برای تشکیل کاتالیزور رشد داده شد. نور توسط نیمه هادی جذب می شود و به الکترون ها و حفره های آزاد تبدیل می شود که فضاهای بار مثبتی هستند که هنگام رها شدن الکترون ها توسط نور باقی می مانند.
گلوله های فلزی در مقیاس نانو که قطر آنها یک به دو هزارم میلی متر است در سرتاسر نانوساختارها پراکنده شده اند و از الکترون ها و حفره های موجود در محیط برای هدایت واکنش استفاده می نمایند.
درجه حرارت روی ۷۵ درجه سانتیگراد یا ۱۶۷ درجه فارنهایت بوسیله ی یک لایه عایق مستقیم در بالای صفحه حفظ می شود. این دما به اندازه کافی گرم است که به پیشبرد واکنش کمک نماید و در عین حال به اندازه کافی خنک است تا کاتالیزور نیمه هادی به صورت موثر عمل کند.
اثربخشی تبدیل انرژی خورشیدی به سوخت هیدروژن در آزمایش بیرونی که دما و نور خورشید کمتری داشت، ۶.۱ درصد بود. با این وجود، بازدهی سیستم در خانه ۹ درصد بود.
این گروه پژوهشی می خواهد به بهبود کارایی این فناوری ادامه دهد و هیدروژن با خلوص فوق العاده بالا تولید نماید که می تواند مستقیماً در سلول های سوختی استفاده گردد.
این مطالعه در مجله Nature انتشار یافته است.




منبع:

1401/10/19
10:44:24
5.0 / 5
485
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)

تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب
لطفا شما هم نظر دهید
= ۹ بعلاوه ۳