Sistema de división de agua impulsado por energía fotovoltaica con una eficiencia de energía solar en hidrógeno del 9,8%

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Fuente: https://www.pv-magazine.com/

Científicos en Corea han construido un prototipo de sistema de hidrógeno verde que incorpora una unidad de generación fotovoltaica basada en fotoanodos hechos de células solares de perosvksite. Supuestamente, el dispositivo logró una eficiencia de conversión de energía solar a hidrógeno del 9,8% para un dispositivo con un tamaño de 0,25 cm2 y del 8,5% para un sistema que mide 123,2 cm2.

Imagen: Unista

Un grupo de investigadores del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan (UNIST) de Corea del Sur ha diseñado un sistema fotoelectroquímico escalable (PEC) alimentado por energía fotovoltaica para producir hidrógeno verde que, según se informa, logra una eficiencia de conversión de energía solar a hidrógeno (STH) del 9,8%.

«Nuestro sistema es un primer intento de demostración a corto plazo; planeamos cambiar los diseños según nuestra próxima investigación», dijo a pv magazine el autor principal de la investigación, Dharmesh Hansora . «La ventaja única de nuestro sistema es la integración de varios 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».

El sistema utiliza un fotoánodo que consta de dos células fotovoltaicas hechas de un material de perovskita conocido como triyoduro de plomo de formamidinio (FAPbI3). El fotoánodo está encapsulado en una lámina de níquel (Ni) y un electrocatalizador a base de Ni, hierro (Fe) e hidroperóxido (OOH).

Las células solares utilizadas para el fotoánodo tienen una estructura de pines y se basan en un sustrato de vidrio y óxido de estaño dopado con flúor (FTO). También se basan en una capa de transporte de electrones (ETL) hecha de dióxido de titanio (TiO 2 ), el absorbente de perovskita, una capa de bloqueo de agujeros espiro-OMeTAD y un contacto metálico de oro (Au).

El equipo también aplicó pasta de plata (Ag) como metal de unión óhmica entre la capa de FAPbI3 y una capa de pasivación hecha de una lámina de metal de Ni con un espesor de 25 μm. La lámina se utilizó para bloquear completamente la permeación del electrolito.

Luego, los investigadores depositaron oxihidróxido de níquel-hierro (NiFeOOH) como cocatalizador de la reacción de evolución de oxígeno (REA) en la lámina de Ni mediante la fundición por gota de una solución precursora de Ni y Fe. «Este fotoánodo FAPbI3 encapsulado en metal registra una densidad de fotocorriente de 22,8 mA cm-2 a 1,23 VRHE y muestra una excelente estabilidad durante 3 días bajo iluminación simulada de 1 sol», subrayaron, señalando que su rendimiento es comparable al de los dispositivos fotovoltaicos basados ​​en sobre materiales de perovskita de halogenuros metálicos (PSK) orgánicos e inorgánicos.

«Optimizamos este fotoánodo utilizando diferentes láminas metálicas y estudiamos las interacciones catalizador-electrolito en profundidad», explicó Hanshora, señalando que se construyeron y probaron fotoánodos con tamaños de 0,25 cm2, 7,68 cm2, 30,8 cm2 y 123,2 cm2 en un solo reactor. sistema.

Luego, el grupo de investigación construyó el prototipo del sistema de división de agua PEC utilizando el fotoánodo y un alambre de platino (Pt) como cátodo. Sumergieron el ánodo y el cátodo en el electrolito dentro del reactor PEC, mientras instalaban otra celda fotovoltaica FAPbI3 fuera del electrolito en una conexión paralela de lado a lado.

«Estos fotoánodos de área pequeña y ampliados registraron eficiencias de STH del 9,8% (0,25 cm2), 8,9% (7,68 cm2), 8,5% (30,8 cm2) y 8,5% (123,2 cm2)», dijeron los investigadores, señalando que los fotoánodos se amplió aumentando el tamaño de la celda unitaria, el número de celdas (multiceldas) y el número de reactores.

«Estos resultados demuestran la posibilidad de que la alta eficiencia STH de las células pequeñas pueda mantenerse en fotoánodos de células grandes», afirmaron, aunque también reconocieron que los valores de eficiencia alcanzados aún son insuficientes para la producción práctica de hidrógeno PEC.

«Planeamos mejorar aún más la eficiencia y estabilidad del sistema PEC mediante la integración de fotoelectrodos y la selección de un catalizador más eficiente y duradero», dijo Hansora.

El sistema se presentó en el artículo » Sistema de división de agua fotoelectroquímica no asistida totalmente basado en perovskita para una producción solar de hidrógeno eficiente, estable y escalable «, que se publicó recientemente en Nature Energy .

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