Forskare har tagit fram en så kallad HPEV-cell (hybrid photoelectrochemical and voltaic), som genom artificiell fotosyntes omvandlar solljus till två typer av energi: vätgasbränsle och elektricitet.
I sökandet efter förnybara alternativ till fossila bränslen har forskarna försökt att använda sig av vattenspjälkning, som är en artificiell fotosyntesteknik som använder solljus för att producera vätgasbränsle från vatten. Tekniken har emellertid än så länge inte levt upp till sin potential eftersom det fortfarande inte finns material som har rätt blandning av optiska, elektroniska och kemiska egenskaper för att fungera effektivt.
Nu har forskare vid det amerikanska energidepartementets Lawrence Berkeley National Laboratory och Joint Center for Artificial Photosynthesis tagit fram ett nytt recept för att kringgå begränsningarna hos nuvarande material.
Vid vattenspjälkning används vanligtvis en stapel av ljusabsorberande material, inklusive kisel, för att absorbera olika delar av solljusets spektrum och bygga upp en tillräckligt stor elektrisk spänning för att dela upp vatten i syre och vätgasbränsle. Den ström som genereras begränsas emellertid av att alla lager av material i stapeln inte presterar lika bra som kisel och ju mindre ström som genereras desto mindre bränsle produceras.
- De flesta av de exciterade elektronerna i kisellagret har ingenstans att ta vägen och förlorar därför sin energi innan den kan utnyttjas, förklarar Gideon Segev vid Joint Center for Artificial Photosynthesis.
För att få bukt med detta problem föreslog Gideon Segev tillsammans med sina kollegor en förvånansvärt enkel lösning. Genom att lägga till en extra elektrisk kontakt på baksidan av kisellagret kan strömmen delas i två, så att en del bidrar till produktionen av vätgasbränsle och resten kan utvinnas som elektricitet.
Enligt forskarnas beräkningar omvandlas solljus vid konventionell vattenspjälkning till vätgas med en verkningsgrad på 6,8 procent, vilket betyder att 6,8 procent av solljusets energi lagras i form av vätgas och resten av energin går förlorad. Tack vare att forskarnas så kallade HPEV-cell (hybrid photoelectrochemical and voltaic) kan ta tillvara på de överblivna elektroner som inte bidrar till bränsleproduktionen kan den emellertid utöver de 6,8 procent av solljusets energi som lagras i form av vätgas även omvandla 13,4 procent av energin till elektricitet, vilket resulterar i en kombinerad verkningsgrad på 20,2 procent.