top of page

Güneş Enerjisiyle Hidrojen Üretiminde Yüzde 9,8 Verim Sağlayan Sistem

Güneş Enerjisiyle Hidrojen Üretiminde Perovskit Teknolojisi


Koreli bilim insanları, perovskit güneş pilleri tabanlı fotoanotlara dayanan yeşil bir hidrojen üretim sistemi
Koreli bilim insanları, perovskit güneş pilleri tabanlı fotoanotlara dayanan yeşil bir hidrojen üretim sistemi

Koreli bilim insanları, perovskit güneş pilleri tabanlı fotoanotlara dayanan güneş enerjisinden oluşan bir hidrojen üretim sistemi prototipi geliştirdi. Prototip, 0,25 cm² ve 123,2 cm² boyutlarındaki sistemler için sırasıyla %9,8 ve %8,5 güneş enerjisinden hidrojen verimliliği sağlıyor.UNIST'teki bir bilim ekibi, yeşil hidrojen üretmek içi güneş enerjisi ile çalışan ölçeklenebilir bir fotoelektrokimyasal (PEC) sistem geliştirdi. Bu sistem, güneş enerjisinden hidrojene (STH) %9,8'lik bir verimlilik sağlıyor. Çalışmanın başyazarı Dharmesh Hansora, güneş enerjisi dergisine yaptığı açıklamada şunları belirtti: "Mevcut sistemimiz bir ilk gösterim niteliğindedir ve gelecek araştırmalarımızda tasarımı geliştirmeyi planlıyoruz. Sistemimizin önemli bir avantajı, birden fazla bileşeni tek bir PEC cihazında entegre etmesi ve bu şekilde ek güneş enerjisi bileşenlerine olan ihtiyacı azaltmasıdır. Bu sadece sistemi basitleştirmekle kalmaz, aynı zamanda toplam maliyeti de düşürür.Sistem, iki FAPbI3 perovskit malzemeden oluşan fotoanotla çalışan bir güneş pili kullanıyor. Fotoanot, nikel (Ni) folyo içinde kapsüllenmiş özel bir elektrokatalizörle desteklenmiş. Fotoanot için kullanılan güneş pilleri, cam ve flor katkılı kalay oksit (FTO) tabanlı alt bir katmana sahiptir. Bu katmanlar, titanyum dioksit (TiO2) elektron taşıyıcı tabakası, perovskit emici, delik bloke edici spiro-OMeTAD katmanı ve altın (Au) metal temasını içerir.

Bu yapı, yüksek verimlilikle çalışırken dikkat çeken bir tasarım sunuyor, çünkü güneş enerjisi bileşenlerinin karmaşıklığını ve maliyetini azaltarak tek bir sistemde birden fazla bileşeni entegre ediyor.


Araştırmacılar, FAPbI3 katmanı ile 25 μm kalınlığında Ni metal folyodan yapılmış bir pasivasyon katmanı arasında omik bir bağlantı metali olarak gümüş (Ag) macunu uyguladı. Bu folyo, elektrolitin nüfuzunu tamamen engellemek için kullanıldı. Daha sonra, araştırmacılar Ni ve Fe öncül çözeltisini damla döküm yöntemiyle Ni folyo üzerine oksijen evrim reaksiyonu (OER) yardımcı katalizörü olarak nikel-demir oksihidroksit (NiFeOOH) biriktirdiler. Araştırmacılar, bu metal kapsüllü FAPbI3 fotoanodunun 1,23 VRHE'de 22,8 mA cm-2'lik bir fotoakım yoğunluğu kaydettiğini ve simüle edilmiş 1 güneş aydınlatması altında 3 gün boyunca mükemmel stabilite gösterdiğini belirtti. Ayrıca, performansının organik ve inorganik metal halojenür perovskit (PSK) malzemelere dayalı güneş enerjisinin cihazlarla karşılaştırılabilir olduğunu vurguladılar.Hanshora, 0,25 cm2, 7,68 cm2, 30,8 cm2 ve 123,2 cm2 boyutlarında fotoanotların oluşturulduğunu ve tek bir reaktör sistemine entegre edildiğini ifade ederek, "Bu fotoanodu optimize etmek için çeşitli metal folyolar kullandık ve katalizör-elektrolit etkileşimlerini detaylı bir şekilde inceledik" şeklinde konuştu.


Araştırma ekibi daha sonra bir platin (Pt) tel kullanarak fotoanot ve katot olarak PEC su ayrıştırma sistemi prototipini inşa etti. Anot ve katodu PEC reaktörünün elektrolit içine daldırırken, elektrolitin dışına paralel bir şekilde başka bir FAPbI3 güneş pili kuruldu.

"Bu küçük alanlı ve ölçeklenebilir fotoanotlar %9,8 (0,25 cm2), %8,9 (7,68 cm2), %8,5 (30,8 cm2) ve %8,5 (123,2 cm2) STH verimliliklerine ulaştı" diyen araştırmacılar, fotoanotun birim hücre boyutu, hücre sayısı (çok hücreli) ve reaktör sayısının artırılarak ölçeklendirildiğini belirtti.

"Bu sonuçlar, küçük hücrelerin yüksek STH verimliliğinin büyük hücreli fotoanotlarda korunabileceğini göstermektedir" diyen araştırmacılar, elde edilen verimlilik değerlerinin pratik PEC hidrojen üretimi için henüz yetersiz olduğunu da kabul ediyor.Hansora, "PEC sisteminin verimliliğini ve dayanıklılığını daha da artırmak için fotoelektrotların entegrasyonunu ve daha etkili bir katalizör seçimini planlıyoruz" dedi. Sistem, son zamanlarda Nature Energy dergisinde yayınlanan "Tamamen Perovskit Tabanlı Desteksiz Fotoelektrokimyasal Su Ayrıştırma Sistemiyle Verimli, Kararlı ve Ölçeklenebilir Güneş Hidrojen Üretimi" başlıklı makalede sunuldu.



Comments


bottom of page