En kraftfull ny solcell producerar både bränslebränsle och elkraft

På ett fält som väsentligen vattenböjer möter förnybar energi har forskare framgångsrikt utnyttjat fotosyntes för att dela vatten för att producera vätebränsle. Splitting H2O på molekylär nivå är något forskare har gjort i över 200 år och kunde hålla den tantalizing nyckeln till en utsläppsfri väteekonomi - om det bara skulle kunna uppskalas.

Lyckligtvis har vi gjort framsteg när det gäller att sänka kostnaderna, och forskare har också blivit nära att behärska konsten att skapa artificiell fotosyntes, men låg effektivitet hindrar processen från att drömma stort, åtminstone hittills.

Det är enligt en ny tidning som släpptes måndagen i Naturmaterial av Lawrence Berkeley National Laboratory som presenterar en enkel, elegant hybridlösning som kringgår den nuvarande flaskhalsen för fotoelektrokemiska celler.

"Det är en gratis lunch", säger leadforskare Gideon Segev Omvänd.

Relaterad video

Fotoelektrokemiska celler är vetenskapens vatten och ljusböjning

Fotoelektrokemiska celler är vanligen en stapel av olika material som absorberar ljus. Varje lager absorberar en annan våglängd, bygger upp elektriska spänningar som kulminerar i en spänning som är tillräckligt stark för att dela vatten i syre och bränsle.

Detta låter naturligtvis som en bra användning av solljus. Men även när kiselcellerna fungerar bra, uppkommer problem när andra material i stapeln inte kan matcha prestanda, så att energi slösas.

"Du behöver två material, helst kisel och dessutom ett annat material som skulle absorbera den mer energiska delen av materialet, säger Segev. "Flaskhalsen i systemet är och kommer alltid att vara det andra materialet, så forskning är mestadels för att göra det andra materialet bättre."

Hur elektroner presenterar en elegant lösning

Med så mycket forskning som fokuserade på det "andra materialet" bestämde Segev och hans team att de gick tillbaka och tittade på hur de kunde göra hela systemet bättre. Och de insåg att det finns en hel annan energikälla som väntar på att tappas: elektroner.

"Du har detta halvledarmaterial och det absorberar ljus. Ljus kan ses som en partikel. Så när en fot absorberas, ger den sin energi till elektronen i sitt upphetsade tillstånd, säger Segev. "Man kan säga att elektronen har en viss tid innan den förlorar sin energi, energin som fotonen gav den.

Tidigare forskning möjliggjorde bara att cellerna värmdes upp och lät energin spridas. Segevs lag gav bokstavligen elektronens energi ett utlopp. Medan de flesta vattenklyvningsanordningar vanligen har två sidor, en för att producera solbränslen och den andra för att släppa strömmen, har den här nya prototypen två utlopp i ryggen, en för solbränsleproduktion och en för elkraft. Två typer av energi, en cell.

Prototypen - som tog 19 infuriating iterations under ett år att skapa - har dramatisk potential effektiviteten i solenergi till vätebränsle från sin nuvarande hastighet, 6,8 procent. Med de idealiska materialen beräknade gruppen en potentiell ökning till 20,2 procent, vilket tredubblat frekvensen av konventionella solceller från väte.

Plötsligt verkar framtidens solvätebränslen inte hopplöst, men ytterligare forskning krävs innan vi kan åstadkomma en vätestyrd utopi.

"Om det skulle fungera effektivt och vara kostnadseffektivt kan vi kanske börja prata om kommersiella eller vätebränsleverk som drivs av solen, säger Segev. "Men jag tror att det här är helt för tidigt på det här steget, så vi är inte på en punkt där vi kan prata om att göra det här en teknik som folk skulle se i sitt liv i morgon."

Men Segev, vi kan drömma.

Korrigering: En tidigare version av berättelsen visade felaktigt att prototypen uppnådde trippel effektivitet, medan detta fortfarande är en beräkning. Historien har uppdaterats med ytterligare kommentar från studieens författare.