UCLA-onderzoekers hebben een apparaat ontworpen dat zonne-energie kan gebruiken om goedkoop en efficiënt energie op te wekken en op te slaan. die kunnen worden gebruikt om elektronische apparaten van stroom te voorzien, en om waterstofbrandstof te maken voor milieuvriendelijke auto's.

Het apparaat zou waterstofauto's voor veel meer consumenten betaalbaar kunnen maken, omdat het waterstof produceert met behulp van nikkel, ijzer en kobalt—elementen die veel overvloediger en goedkoper zijn dan het platina en andere edele metalen die momenteel worden gebruikt om waterstofbrandstof te produceren.

"Waterstof is een geweldige brandstof voor voertuigen:het is de schoonste brandstof die we kennen, het is goedkoop en het brengt geen vervuilende stoffen in de lucht - alleen water, " zei Richard Kaner, de hoofdauteur van de studie en een vooraanstaande professor in de chemie en biochemie van de UCLA, en van materiaalkunde en techniek. "En dit zou de kosten van waterstofauto's drastisch kunnen verlagen."

De technologie, beschreven in een artikel in het tijdschrift Materialen voor energieopslag , kan vooral nuttig zijn in landelijke gebieden, of aan militaire eenheden die op afgelegen locaties dienen.

"Mensen hebben brandstof nodig om hun voertuigen te laten draaien en elektriciteit om hun apparaten te laten werken, "Zei Kaner. "Nu kun je zowel elektriciteit als brandstof maken met een enkel apparaat."

Het kan ook deel uitmaken van een oplossing voor grote steden die manieren nodig hebben om overtollige elektriciteit van hun elektriciteitsnetwerken op te slaan.

"Als je elektriciteit zou kunnen omzetten in waterstof, je zou het voor onbepaalde tijd kunnen bewaren, " zei Kaner, die ook lid is van het California NanoSystems Institute van de UCLA.

Traditionele waterstofbrandstofcellen en supercondensatoren hebben twee elektroden:een positieve en een negatieve. Het aan de UCLA ontwikkelde apparaat heeft een derde elektrode die zowel als supercondensator fungeert, die energie opslaat, en als een apparaat om water te splitsen in waterstof en zuurstof, een proces dat waterelektrolyse wordt genoemd. Alle drie de elektroden zijn aangesloten op een enkele zonnecel die dient als de stroombron van het apparaat, en de elektrische energie die door de zonnecel wordt geoogst, kan op twee manieren worden opgeslagen:elektrochemisch in de supercondensator of chemisch als waterstof.

Het apparaat is ook een stap voorwaarts omdat het op een milieuvriendelijke manier waterstofbrandstof produceert. Momenteel, ongeveer 95 procent van de waterstofproductie wereldwijd is afkomstig van het omzetten van fossiele brandstoffen zoals aardgas in waterstof - een proces waarbij grote hoeveelheden koolstofdioxide in de lucht vrijkomen, zei Maher El-Kady, een UCLA postdoctoraal onderzoeker en een co-auteur van het onderzoek.

"Waterstofenergie is niet 'groen' tenzij het wordt geproduceerd uit hernieuwbare bronnen, " zei El-Kady. Hij voegde eraan toe dat het gebruik van zonnecellen en overvloedig beschikbare elementen om water in waterstof en zuurstof te splitsen een enorm potentieel heeft om de kosten van waterstofproductie te verlagen en dat de aanpak uiteindelijk de huidige methode zou kunnen vervangen, die afhankelijk is van fossiele brandstoffen.

Door een supercondensator en de watersplitsingstechnologie te combineren in een enkele eenheid, Kaner zei, is een voorschot vergelijkbaar met de eerste keer dat een telefoon, webbrowser en camera werden gecombineerd op een smartphone. De nieuwe technologie kan uiteindelijk leiden tot nieuwe toepassingen die zelfs de onderzoekers nog niet hebben overwogen, zei Kaner.

De onderzoekers ontwierpen de elektroden op nanoschaal - duizenden keren dunner dan de dikte van een mensenhaar - om ervoor te zorgen dat het grootste oppervlak aan water zou worden blootgesteld. waardoor de hoeveelheid waterstof die het apparaat kan produceren toeneemt en ook meer lading in de supercondensator wordt opgeslagen. Hoewel het apparaat dat de onderzoekers maakten in de palm van je hand zou passen, Kaner zei dat het mogelijk zou zijn om grotere versies te maken omdat de componenten goedkoop zijn.

"Om waterstofauto's op grote schaal te kunnen gebruiken, er blijft behoefte aan een technologie die grote hoeveelheden waterstof veilig opslaat bij normale druk en temperatuur, in plaats van de drukcilinders die momenteel in gebruik zijn, " zei Mir Mousavi, een co-auteur van het artikel en een professor in de chemie aan de Tarbiat Modares University in Iran.