دستیابی به موفقیتی بزرگ در صنعت انرژی های پاک

دستیابی به موفقیتی بزرگ در صنعت انرژی های پاک

هیدروژن توانایی تبدیل شدن به یک منبع تجدید پذیر مهم با برخی از کیفیت‌های منحصر به فرد را دارد. تولید هیدروژن دشوار است، اما محققان یک مانع اساسی را از پیش رو برداشتند
کد خبر: ۹۶۴۳۴
بازدید : ۹۶۷
۰۴ مرداد ۱۴۰۰ - ۲۱:۳۰
دستیابی به موفقیتی بزرگ در صنعت انرژی های پاک
 
فرادید| برای دهه‌ها، محققان در سراسر جهان به دنبال روش‌هایی برای استفاده از انرژی خورشیدی برای ایجاد واکنش اصلی برای تولید هیدروژن به عنوان یک منبع انرژی پاک - تقسیم مولکول‌های آب برای تشکیل هیدروژن و اکسیژن هستند. با این حال، چنین تلاش‌هایی عمدتا ناکام مانده است، زیرا انجام آن‌ها بسیار پرهزینه بوده است و تلاش برای انجام آن با هزینه کم منجر به عملکرد ضعیف شده است.

به گزارش فرادید؛ اکنون محققان دانشگاه تگزاس در آستین راهی کم هزینه برای حل نیمی از معادله، با استفاده از نور خورشید برای تقسیم موثر مولکول‌های اکسیژن از آب پیدا کرده اند. این یافته که اخیراً در Nature Communications منتشر شده است، گامی به جلو به سمت استفاده بیشتر از هیدروژن به عنوان بخشی اصلی از زیرساخت‌های انرژی ما است.

از اوایل دهه ۱۹۷۰، محققان در حال بررسی امکان استفاده از انرژی خورشیدی برای تولید هیدروژن بودند. اما ناتوانی در یافتن موادی با ترکیبی از خصوصیات مورد نیاز دستگاهی که بتواند واکنش‌های کلیدی شیمیایی را به طور م perform ثر انجام دهد، آن را از تبدیل شدن به یک روش اصلی بازداشته است.
 
دستیابی به موفقیتی بزرگ در صنعت انرژی های پاک

ادوارد یو، استاد گروه مهندسی برق و کامپیوتر دانشکده کوکرل، می‌گوید: "شما به موادی نیاز دارید که بتوانند نور خورشید را جذب کنند و در عین حال، هنگامی که واکنش‌های تقسیم آب رخ می‌دهد، تخریب نشوند. به نظر می‌رسد موادی که در جذب نور خورشید خوب هستند، در شرایط لازم برای واکنش تقسیم آب، ناپایدار هستند، در حالی که موادی که پایدار هستند، جذب کننده ضعیف نور خورشید هستند. این نیاز‌های متناقض شما را به سمت یک معامله ظاهراً اجتناب ناپذیر سوق می‌دهد، اما با ترکیب چندین ماده - ماده‌ای که نور خورشید را به طور مؤثر جذب می‌کند، مانند سیلیکون، و دیگری که ثبات خوبی مانند دی اکسید سیلیکون را فراهم می‌کند - در یک دستگاه واحد، این تعارض حل می‌شود. "

با این حال، این یک چالش دیگر ایجاد می‌کند - الکترون‌ها و سوراخ‌هایی که در اثر جذب نور خورشید در سیلیکون ایجاد می‌شوند باید بتوانند به راحتی در لایه دی اکسید سیلیکون حرکت کنند. این معمولا به لایه دی اکسید سیلیکون بیش از چند نانومتر نیاز ندارد، که باعث کاهش اثر آن در محافظت از جاذب سیلیسیم از تخریب می‌شود.
 
دستیابی به موفقیتی بزرگ در صنعت انرژی های پاک

کلید این موفقیت از طریق روشی برای ایجاد مسیر‌های رسانای الکتریکی از طریق یک لایه دی اکسید سیلیکون ضخیم است که می‌تواند با هزینه کم انجام شود و مقادیر زیادی را به تولید برساند. یو و تیمش برای رسیدن به آنجا از تکنیکی استفاده کردند که ابتدا در ساخت تراشه‌های الکترونیکی نیمه هادی به کار گرفته شد. با پوشاندن لایه دی اکسید سیلیکون با یک فیلم نازک از آلومینیوم و سپس گرم کردن کل ساختار، آرایه‌هایی از "خوشه"‌های آلومینیوم در مقیاس نانو که کاملا لایه دی اکسید سیلیکون را پل می‌کنند، تشکیل می‌شوند. سپس می‌توان این مواد را به راحتی با نیکل یا مواد دیگری جایگزین کرد که به کاتالیز واکنش‌های تقسیم آب کمک می‌کند.


هنگامی که توسط نور خورشید روشن می‌شود، دستگاه‌ها می‌توانند به طور مؤثری آب را اکسید کرده و مولکول‌های اکسیژن تشکیل دهند و در عین حال هیدروژن را در یک الکترود جداگانه تولید کنند و تحت عملکرد طولانی مدت از ثبات فوق العاده‌ای برخوردار شوند. از آنجا که تکنیک‌هایی که برای ایجاد این دستگاه‌ها معمولاً در ساخت الکترونیک نیمه هادی استفاده می‌شود، مقیاس بندی آن‌ها برای تولید انبوه باید آسان باشد. این تیم برای تجاری سازی این فناوری، درخواست ثبت اختراع موقت را ثبت کرده است.

بهبود روش تولید هیدروژن عامل اصلی ظهور آن به عنوان یک منبع سوخت مناسب است. امروزه بیشتر تولید هیدروژن از طریق بخار گرم و متان انجام می‌شود، اما این امر به شدت به سوخت‌های فسیلی متکی است و تولید کربن می‌کند.

فشار به سمت "هیدروژن سبز" وجود دارد که از روش‌های سازگار با محیط زیست برای تولید هیدروژن استفاده می‌کند؛ و ساده کردن واکنش تقسیم آب قسمت اصلی این تلاش است.

هیدروژن توانایی تبدیل شدن به یک منبع تجدید پذیر مهم با برخی از کیفیت‌های منحصر به فرد را دارد. در حال حاضر نقش عمده‌ای در فرآیند‌های قابل توجه صنعتی دارد و شروع به نشان دادن در صنعت خودرو می‌کند. باتری‌های سلول سوختی در حمل و نقل با مسافت طولانی امیدوارکننده به نظر می‌رسند و فناوری هیدروژن می‌تواند یک مزیت ذخیره انرژی باشد، با توانایی ذخیره انرژی باد و خورشیدی اضافی که در شرایط مساعد برای آن‌ها ذخیره می‌شود.
 
دستیابی به موفقیتی بزرگ در صنعت انرژی های پاک

در ادامه، این تیم تلاش خواهد کرد تا با افزایش سرعت واکنش، کارایی قسمت اکسیژن در تقسیم آب را بهبود بخشد. چالش مهم بعدی محققان، رفتن به نیمه دیگر معادله است.

یو می‌گوید: "ما توانستیم ابتدا قسمت اکسیژن واکنش را که بخش چالش برانگیزتر است، برطرف کنیم، اما برای تقسیم کامل مولکول‌های آب، شما باید هم هیدروژن و هم واکنش‌های اکسیژن را انجام دهید، بنابراین دلیل بعدی ما این است که گام بررسی کاربرد این ایده‌ها برای ساخت دستگاه‌هایی برای بخش هیدروژن واکنش است. "

این تحقیق توسط بنیاد ملی علوم ایالات متحده از طریق اداره مهندسی و برنامه‌های علوم و مهندسی تحقیقات مواد (MRSEC) تأمین اعتبار شد. یو با دانشجویان سونیل لی و الکس دی پالما، به همراه لی جی، استاد دانشگاه فودان چین، در این پروژه کار کرد.
 
منبع: scitechdaily.com
ارسال نظرات
نام:
ایمیل:
* نظر:
نگاه
تازه‌‌ترین عناوین