Bilim adamları fotoelektrokimyasal su ayrıştırma aygıtlarında bulunan yüksek verimli fotokatotların ömrünü uzatan bir yöntem geliştirdiler.

Bir fotoelektrokimyasal (PEC) cihazı kullanmak, hidrojen üretmek için umut verici bir yoldur. Bir PEC hücresi güneş ışığını absorplar ve bu enerjiyi su moleküllerini ayrıştırarak hidrojen ve oksijene dönüştürmek için kullanır. Ne yazık ki bugüne kadar geliştirilen yüksek verimli cihazlar, hücrenin maruz kaldığı asidik çözelti nedeniyle hızlı bir şekilde bozunmaktadırlar. PEC cihazlarından yenilenebilir hidrojen üretiminin ticari olarak uygulanabilir hale gelmesi için öncelikle daha dayanıklı bir hücre yapma zorunluluğu aşılmalıdır.

Hidrojen üretmek ve suyu ayrıştırmak için NREL yüksek verimli ikili güneş pilini temel alan entegre bir ikili hücre kullanma konsepti, 18 yıl önce 1979’dan beri laboratuvarda çalışan araştırma görevlisi John Turner tarafından geliştirildi. John Turner, güneş ışığını absorplayan ve fotoelektrokimyasal su ayrıştırma reaksiyonu için gerekli gücü üreten galyum indiyum fosfit (GaInP2) ve galyum arsenit (GaAs) yarı iletken katmanlarını içeren ikili bir güneş pilini tasarladı. Turner’ın cihazı güneş enerjisinin hidrojene dönüşümündeki en yüksek verimlilik rekorunu 2015’te sonlanıncaya kadar sürdürmüştür.

Nature Energy’nin yeni sayısında “Yüksek verimli ve dayanaklı bir su ayrıştırma fotokatodu için kademeli bir katalitik koruyucu tabaka” yazısı bulunmaktadır. Doktora sonrası araştırmacısı Jing Gu, Turner ile birlikte bu konu üzerinde çalışmaktadır. Şu anda San Diego Eyalet Üniversitesi’nde yardımcı doçenttir. Jel Gu, Jeffery A. Aguiar, Suzanne Ferrere, Xerxes Steirer, Yong Yan, Chuanxiao Xiao, James L. Young, Mowafak Al-Jassim ve Nathan R. Neale’den oluşan ortak yazarlar Turner’la birlikte NREL’den gelmişler.

Nature Energy dergisinde, NREL araştırmacılarının GaInP2 üzerine çift katmanlı amorf titanyum dioksit (TiOx) ve molibden sülfid (MoSx) bileşiklerini çöktürmek ve tavlamak suretiyle daha büyük fotokatot stabilitesi ve yüksek katalitik aktivitenin nasıl elde edilebileceğini belirlediği açıklanmaktadır. 20 saatlik bir kararlılık testi boyunca, fotokatot, başlangıçta üretilen elektriğin yüzde 80’ini korudu. TiOx ve MoSx, katalizör koruma tabakası üreterek GaInP2’nin asitli çözeltiden korunmasını sağlamıştır.

Turner, “Nature Materials’da yayımlanan yüzey koruması konusundaki önceki çalışmamızla birlikte bu makale, fotoelektrokimyasal cihazların kararlılığı ve verimliliğinde önemli ilerlemelerin yapılabileceğini gösteriyor” dedi.

Hidrojen şu anda yakıt üretimi için ham petrolün zenginleştirilmesinde ve gıda üretimi için kritik öneme sahip olan amonyak sentezinde kullanılmaktadır. Şimdilerde yaygın olarak kullanılan doğal gaz buhar reformasyonu prosesi yerine yenilenebilir kaynaklardan hidrojen üretimi NREL araştırmasının faydaları arasında gelmektedir. Ayrıca bu proses karbondioksitin atmosfere salınmasıyla sera etkisini de arttırmaktadır.

Kaynak : sciencedaily.com