Жидкостная система хранит солнечную энергию и производит водород ночью

Хранение и передача солнечной энергии по-прежнему остаются дорогим и неэффективным процессом, препятствующим распространению возобновляемой энергии. Однако группа исследователей из Китая показала, что солнечный свет можно хранить в жидкости с помощью обычных химических веществ, а затем превращать в водород в полной темноте. Кроме того, этот метод не требует проводов, батарей или электрических сетей для передачи энергии.

До сих пор ни одна система, использующая простые коммерчески доступные материалы, не была способна хранить солнечную энергию и впоследствии выделять ее в виде водорода без внешнего источника электроэнергии. Недавнее исследование показывает, что этот барьер наконец преодолен, сообщает IE.

Система, как сообщили исследователи из Ланьчжоуского университета, состоит из двух дешевых и доступных материалов. Первый — графит, нитрид углерода — желтый порошок, который может поглощать видимый свет и действовать как фотокатализатор. Второй — метавольфрамат аммония — скопление атомов вольфрама и кислорода, способное принимать и удерживать множество электронов, как небольшая перезаряжаемая батарейка. Процесс происходит в водной среде с добавлением небольшого количества метанола, который поглощает положительные заряды, образующиеся при падении света на нитрид углерода. Это предотвращает быструю рекомбинацию электронов и их исчезновение.

Когда нитрид углерода освещается синим светом, образуются пары электронов и дырок. Электроны быстро перепрыгивают на близлежащие кластеры вольфрама. По мере накопления электронов раствор заметно меняет цвет от бледно-желтого до темно-синего.

Электронный перевод работает хорошо по двум основным причинам. Во-первых, в кислой среде поверхность нитрида углерода становится положительно заряженной, а кластеры вольфрама – отрицательно. Противоположные заряды притягиваются, сближая два материала и позволяя электронам эффективно перемещаться между ними. Во-вторых, их энергетические уровни хорошо согласованы, поэтому электроны могут двигаться естественным образом без необходимости внешнего воздействия.

После выключения света накопленная энергия не исчезает. Чтобы его высвободить, просто добавьте в потемневший раствор катализатор на основе платины на углеродной подложке. Платина обеспечивает места, где накопленные электроны могут объединяться с протонами воды с образованием водорода.

В ходе испытаний прототипа после часа воздействия солнечного света система произвела в темноте 13,5 микромолей водорода. Максимальная скорость производства водорода достигла 3220 микромоль/г в час, что является самым высоким показателем, когда-либо зарегистрированным для фотокаталитической системы в темноте. Испытания на открытом воздухе при реальном солнечном свете также показывают хорошие результаты – 954 микромоль/г в час в темноте – и все это без какого-либо электрического воздействия.

«Система демонстрирует замечательную эффективность в хранении солнечной энергии в форме электронов»,

говорят авторы исследования.

Если будущие эксперименты докажут, что накопленные электроны остаются стабильными в течение недель, а не часов, этот подход может позволить солнечной энергии, собранной в регионах с высокой солнечной активностью, транспортироваться в более темные части мира и превращаться в топливо именно тогда, когда это необходимо.