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Ein vielversprechender Schritt in Richtung Solarstrom rund um die Uhr
Wenn Solarenergie weltweit zu einer primären Stromquelle werden soll, brauchen wir kostengünstige Möglichkeiten, Energie von der Sonne zu speichern, wenn sie nicht scheint. Ein in der Zeitschrift veröffentlichter Artikel Wissenschaft diese Woche berichtet über einen großen Schritt in Richtung eines solchen Systems. Forscher haben ein Gerät entwickelt, das die Energie des Sonnenlichts kostengünstig und effizient in Wasserstoff umwandelt, der als Brennstoff verwendet und einfach gespeichert werden kann.
An diese Elektroden gelieferte Solarenergie ermöglicht es ihnen, Wasserstoff und Sauerstoff aus Wasser zu erzeugen.
Michael Grätzel , der das Labor für Photonik und Grenzflächen an der Ecole Polytechnique in Lausanne, Schweiz, leitet, baute zusammen mit Kollegen in Korea und Singapur ein Gerät, das Strom und Katalysatormaterialien nutzt, um aus Wasser Wasserstoff und Sauerstoff herzustellen. Dieser neue Wasserspalter, wie solche Geräte genannt werden, ist hocheffizient, verwendet billige und reichlich vorhandene Materialien und ist einfach herzustellen.
Forscher verfolgen seit Jahrzehnten die solarbetriebene Wasserspaltung, und obwohl sie in einem oder zwei Teilen eines solchen Geräts eine hervorragende Leistung gezeigt haben, hat noch niemand ein komplettes System gebaut, das praktisch ist.
Das neue Gerät ist bemerkenswert, weil es drei der vier Kriterien erfüllt, die für ein praktisches Gerät erforderlich sind: hohe Effizienz, niedrige Kosten und die Verwendung von reichlich Materialien (damit es in großem Maßstab verwendet werden kann). Der nächste Schritt besteht darin, das vierte Kriterium zu erfüllen – Zuverlässigkeit. Das Gerät verwendet neuartige Solarzellen mit relativ hoher Spannung, um den benötigten Strom zu erzeugen, zusammen mit kostengünstigen neuen Katalysatormaterialien auf Basis von Nickel und Eisen für zwei Elektroden – eine erzeugt Wasserstoff und die andere Sauerstoff.
Die auf früheren Arbeiten aufbauenden Katalysatoren zeigten, dass Nickelhydroxid ein vielversprechender Katalysator ist und dass die Zugabe von Eisen ihn verbessern könnte. Die Forscher fügten Eisen zu Nickelhydroxid hinzu, um eine Schichtstruktur zu bilden, und platzierten den Katalysator auf einem porösen Nickelschaum, um die Fläche zu vergrößern, auf der Reaktionen stattfinden können, und sie zu beschleunigen.
Die Solarzellen verwenden ein kostengünstiges und leicht herzustellendes Material namens Perowskit, das in der Forschungsgemeinschaft für Aufregung gesorgt hat, weil sich die Effizienz in den letzten Jahren in einem halsbrecherischen Tempo verbessert hat (siehe Ein Material, das Solarenergie 'schmutzig billig' machen könnte). und kontrollierte Kristalle machen ein neues Solarmaterial praktisch ).
Der solare Wasserspalter speichert 12,3 Prozent der Energie des Sonnenlichts in Form von Wasserstoff. Das mag wie eine kleine Menge erscheinen, aber bedenken Sie, dass die meisten Solarzellen nur 16 Prozent der Energie des Sonnenlichts in Strom umwandeln, ohne diese Energie zusätzlich in einfach zu speichernden Wasserstoff umzuwandeln.
Es ist noch mehr Arbeit erforderlich, bevor das Gerät praktisch sein kann. Zum einen dauert es nur wenige Stunden, bis die Solarzellenleistung schnell abfällt. Die Forscher sind sich nicht sicher, warum sich Perowskit-Materialien schnell zersetzen, aber sie haben Fortschritte gemacht – beispielsweise durch das Hinzufügen einer Kohlenstoffschicht oder die Verbesserung der Art und Weise, wie die Solarzellen gegen die Elemente abgedichtet sind. Forscher demonstrierten kürzlich eine Perowskit-Solarzelle, die über einen Monat hielt.