نسل بعدي سلول هاي خورشيدي، برق و هيدروژن را باهم توليد مي‌كند

يكي از روش‌هاي اصلي توليد هيدروژن مورد استفاده در سلول‌هاي سوختي، استفاده از فتوسنتز مصنوعي براي تجزيه‌‌ي آب به عناصر هيدروژن و اكسيژن است؛ اما اين دستگاه‌ها هنوز با برخي اشكالات ناشي از بازدهي مواجه‌‌اند. اكنون يك دستگاه تركيبي جديد، علاوه‌بر توليد هيدروژن و برق، امكان بازيابي بخشي از انرژي اتلافي را نيز فراهم كرده است.

به‌‌تازگي، پيشرفت‌‌هاي چشمگيري در زمينه‌ي توليد هيدروژن از طريق فتوسنتز مصنوعي، بهبود بازدهي، كاهش هزينه و نيز توسعه‌‌ي سيستم‌هاي هوشمند روي داده است؛ كه در بين آن‌‌ها مي‌‌توان به ساخت تجهيزات شناور در اقيانوس اشاره كرد كه مي‌‌توانند هيدروژن را از آب استخراج كنند.

گيدون سگو، مؤلف اصلي اين مطالعه مي‌گويد:

 اين كار مانند اين است كه همواره خودروي خود را با دنده‌‌ي يك برانيد. مسلماً اين انرژي قابل استفاده است؛ اما چون سيليكون نمي‌‌تواند در حداكثر ميزان كارايي خود عمل كند، بيشتر الكترون‌هاي تحريك‌‌شده در سيليكون جايي براي رفتن ندارند؛ بنابراين انرژي خود را پيش از آنكه براي انجام كار مفيدي از آن استفاده شود، از دست مي‌دهند.

پاسخ ممكن است به‌طرز شگفت‌آوري ساده باشد؛ چرا تنها اجازه‌‌ي خروج را به اين الكترون‌‌ها ندهيم؟ بدين منظور، محققان يك اتصال الكتريكي ثانويه را به پشت بخش سيليكوني دستگاه اضافه كردند كه جريان الكترون توليدشده توسط انرژي نور خورشيد را تقسيم ‌كند و اجازه ‌دهد كه بخشي از اين جريان،  آب را به هيدروژن و اكسيژن تجزيه كنند و بخش ديگر نيز به‌عنوان الكتريسيته مورد استفاده قرار گيرد. آن‌ها اين دستگاه جديد را پيل تركيبي فتوالكتروشيميايي ولتائيك (HPEV) نام‌گذاري كردند.

طرح كلي سلول HPEV

پژوهشگران ابتدا يك دستگاه فتوسنتز مصنوعي رايج متشكل از سيليكون و بيسموت وانادات را با بازدهي حدود ۶/۸ درصد در انديشه متخصصين گرفتند. يك سلول HPEV ساخته‌شده با استفاده از همين اجزا، به‌‌ميزان ۱۳/۴ درصد انرژي خورشيدي بيشتري را به الكتريسيته تبديل خواهد كرد. با احتساب ۶/۸ درصد از انرژي كه در حال تبديل به هيدروژن است، بازده‌ي تركيبي اين سلول، به ۲۰/۲ درصد خواهد رسيد.

پژوهشگران، قبل از ساخت نمونه‌ي اوليه از اين سلول، ابتدا طراحي خود را با استفاده از شبيه‌سازي‌ها مورد آزمايش قرار دادند. خوشبختانه، دستگاه واقعي نيز آنطور كه انتظار مي‌‌رفت، كارايي لازم را داشت. در ادامه، اين تيم تصميم دارد تا در كنار پيشبرد روند بهينه‌سازي اين دستگاه، ساير متخصصدهاي احتمالي از جمله كاهش انتشار دي‌‌اكسيد كربن را براي آن مورد مطالعه قرار دهد.

اين مطالعه در مجله‌‌‌‌ي نيچر منتشر شده ‌است.