Nuestroartículo recientepublicado enEnergía de la naturalezarelata nuestro primer intento de desarrollar un sistema fotoelectroquímico (PEC) escalable para producir hidrógeno verde.

Basado en nuestra revisión crítica (artículo de revisión anterior;Evaluaciones de la sociedad química, 2019), existen desafíos asociados con la producción práctica de hidrógeno solar.También descubrimos que se requiere un mínimo de 10% de eficiencia para desarrollar un sistema PEC práctico viable, para lo cual la selección del material eficiente es el primer criterio.

Hasta ahora,óxidos metálicosSe han estudiado para la fotocatálisis, pero están lejos de tales límites prácticos de eficiencia.Por otro lado, los materiales fotovoltaicos (grado FV) (silicio, perovskitas, calcogenuros, clase III-V) están bien establecidos en las industrias de células solares.Estos materiales fotovoltaicos escalables y eficientes podrían ser alternativas para aplicaciones de PEC.

Muy pocos materiales cumplen los requisitos para aplicaciones PEC eficientes, mientras que otros materiales son eficientes pero no pueden cumplir criterios importantes como eficiencia, bajo costo e integración de catalizadores.Los materiales MHP tienen las excelentes propiedades optoelectrónicas y la banda prohibida sintonizable que se desean en el campo de PEC;Por ejemplo,perovskitas de haluros metálicos(MHP) puede proporcionar la fotocorriente y el fotovoltaje necesarios para dividir el agua y producir oxígeno e hidrógeno en una sola celda PEC.Estos materiales MHP también son escalables en áreas grandes, incluida la escala de minimódulos y módulos.

Sabemos que solo había un desafío asociado con estos materiales, que era la degradación del MHP encondiciones húmedasporque las reacciones de PEC debían realizarse en electrolitos líquidos.Por lo tanto, tuvimos que centrarnos en estabilizar dichos materiales mediante encapsulación metálica o protección metálica mientras estudiábamos las reacciones PEC.Con estos conceptos en mente, seleccionamos el material MHP estabilizado para aplicarlo en el campo PEC.

Objetivos primarios

en nuestroEnergía de la naturalezaartículo, seleccionamos el material eficiente (FAPbI₃como MHP) y presentó los análisis de material y película delgada, aplicando el material en fotoelectrodos eficientes en la división de agua PEC con al menos un 10% de eficiencia, cumpliendo los objetivos principales.

Después de resultados experimentales exitosos, llevamos a cabo un diseño detallado de los experimentos como un paquete completo y logramos con éxito una eficiencia del 9,89% en dispositivos de área pequeña como resultados preliminares.Estos resultados nos motivaron a comprobar la eficacia de los dispositivos PEC de gran superficie y, como resultado, aplicamos dicho concepto a los sistemas PEC de gran tamaño.

Mecanismo de funcionamiento, componentes subyacentes, ventajas y características.

"Nuestro sistema PEC totalmente de perovskita comprende un FAPbI₃fotoánodo, que está compuesto de películas delgadas de MHP protegidas con una lámina metálica de níquel como encapsulación y NiFeOOH como capa catalizadora", dijo el Dr. Dharmesh Hansora. "Optimizamos este fotoánodo utilizando diferentes láminas metálicas y estudiamos las interacciones catalizador-electrolito en profundidad.Área pequeña FAPbI₃fotoanodos (0,25 cm2^{) se probaron utilizando un fotoánodo conectado a una célula solar (PEC-PV) en el sistema de reactor único.}"Según nuestros resultados preliminares, encontramos una eficiencia del 9,89% (cerca del 10%) usando dispositivos de área pequeña. Esto se debe a que se necesitan dos materiales semiconductores o dispositivos de película delgada para generar un voltaje máximo de 2 para dividir las moléculas de agua en O

2_{y h2}gas._{Sin embargo, en el sistema PEC-PV el componente fotovoltaico debe mantenerse fuera del reactor.}"Para minimizar la complejidad del sistema, decidimos integrar ambos componentes en un solo dispositivo PEC para evitar el uso adicional de componentes fotovoltaicos, lo cual es una ventaja única de nuestro sistema y puede reducir el costo del sistema".

Principales hallazgos y singularidad.

Como se indicó anteriormente, la ventaja única de nuestro sistema es la integración de múltiples componentes en un solo dispositivo PEC para evitar el uso adicional de componentes fotovoltaicos, lo que minimiza la complejidad del sistema y reduce el costo del sistema.

• Otro hallazgo principal es mantener un rendimiento similar en sistemas PEC escalables.
• Esta demostración a corto plazo de sistemas escalables conducirá a la aplicación práctica de la tecnología PEC para la producción de hidrógeno verde en condiciones exteriores.
• Investigación y desarrollo futuros en esta área.

Hay margen para seguir mejorando la eficiencia y estabilidad del sistema PEC mediante la integración de fotoelectrodos, por ejemplo, "fotoánodo-fotocátodo juntos, seleccionando un catalizador más eficiente y duradero", dijo el Dr. Dharmesh Hansora.

Esta historia es parte de

Diálogo Ciencia X, donde los investigadores pueden informar los resultados de sus artículos de investigación publicados.Visita esta paginapara obtener información sobre ScienceX Dialog y cómo participar.Más información:

En 2023, completó su doctorado.bajo la supervisión del profesor Jae Sung Lee en el laboratorio ECOCAT del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan (UNIST), Corea del Sur.Ha contribuido científicamente a la publicación de importantes artículos de investigación, artículos de revisión, capítulos de libros y un libro.También ha asistido a congresos y a varios talleres de investigación.Ha estado activo en plataformas de redes sociales científicas, incluidas ResearchGate, ResearcherID, ORCID, SCOPUS, PUBLONS, Academia.edu, GoogleScholar, LinkedIn, Facebook y Twitter.