Een goedkopere, schonere en duurzamere manier om waterstofbrandstof te maken uit water met behulp van zonlicht is een stap dichterbij dankzij nieuw onderzoek van het Centre for Sustainable Chemical Technologies van de University of Bath.

Met de druk op wereldleiders om de CO2-uitstoot aanzienlijk te verminderen om een ​​noodsituatie op het gebied van klimaatverandering op te lossen, er is dringend behoefte aan het ontwikkelen van schonere energie-alternatieven voor het verbranden van fossiele brandstoffen. Waterstof is een koolstofvrij brandstofalternatief dat kan worden gebruikt voor het aandrijven van auto's, alleen water als afvalproduct produceren.

Het kan worden gemaakt door water te splitsen in waterstof en zuurstof, het proces vereist echter grote hoeveelheden elektriciteit. De meeste elektriciteit wordt gemaakt door methaan te verbranden. Daarom ontwikkelen onderzoekers van de Universiteit van Bath nieuwe zonnecellen die lichtenergie direct gebruiken om water te splitsen.

De meeste zonnecellen die momenteel op de markt zijn, zijn gemaakt van silicium, ze zijn echter duur om te maken en vereisen veel zeer zuiver silicium om te vervaardigen. Ze zijn ook vrij dik en zwaar, wat hun toepassingen beperkt.

Perovskiet zonnecellen, het gebruik van materialen met dezelfde 3D-structuur als calciumtitaanoxide, zijn goedkoper om te maken, dunner en kan gemakkelijk op oppervlakken worden afgedrukt. Ze werken ook bij weinig licht en kunnen een hogere spanning produceren dan siliciumcellen, wat betekent dat ze binnenshuis kunnen worden gebruikt om apparaten van stroom te voorzien zonder dat ze op het lichtnet hoeven te worden aangesloten.

Het nadeel is dat ze onstabiel zijn in water, wat een enorm obstakel vormt in hun ontwikkeling en ook hun gebruik voor de directe opwekking van schone waterstofbrandstoffen beperkt.

Het team van wetenschappers en chemische ingenieurs, van het Centre for Sustainable Chemical Technologies van de Universiteit van Bath, heeft dit probleem opgelost door gebruik te maken van een waterdichte coating van grafiet, het materiaal dat wordt gebruikt in potloodstiften.

Ze testten de waterdichtheid door de gecoate perovskietcellen in water onder te dompelen en de geoogste zonne-energie te gebruiken om water te splitsen in waterstof en zuurstof. De gecoate cellen werkten 30 uur onder water, tien uur langer dan het vorige record.

Na deze periode, de lijm die de vacht aan de cellen vastklemde faalde; de wetenschappers verwachten dat het gebruik van een sterkere lijm de cellen nog langer zou kunnen stabiliseren.

Eerder, legeringen die indium bevatten werden gebruikt om de zonnecellen te beschermen tegen watersplitsing, indium is echter een zeldzaam metaal en daarom duur en het mijnbouwproces om het te verkrijgen is niet duurzaam.

Het Bath-team gebruikte in plaats daarvan commercieel verkrijgbaar grafiet, dat is erg goedkoop en veel duurzamer dan indium.

Dr. Petra Cameron, hoofddocent scheikunde, zei:"Perovskiet-zonneceltechnologie zou zonne-energie veel betaalbaarder kunnen maken voor mensen en het mogelijk maken om zonnecellen op dakpannen te printen. Op dit moment zijn ze echter echt onstabiel in water - zonnecellen hebben niet veel zin als ze oplossen in de regen !'

"We hebben een coating ontwikkeld die de cellen effectief waterdicht kan maken voor een reeks toepassingen. Het meest opwindende hieraan is dat we commercieel verkrijgbaar grafiet hebben gebruikt, dat is veel goedkoper en duurzamer dan de eerder uitgeprobeerde materialen."

Perovskiet-zonnecellen produceren een hogere spanning dan op silicium gebaseerde cellen, maar nog steeds niet genoeg nodig om water te splitsen met alleen zonnecellen. Om deze uitdaging op te lossen, het team voegt katalysatoren toe om de energiebehoefte te verminderen die nodig is om de reactie aan te drijven.

Isabella Poli, Marie Curie FIRE-fellow en Ph.D. student van het Centre for Sustainable Chemical Technologies, zei:"Momenteel wordt waterstof gemaakt door methaan te verbranden, die noch schoon noch duurzaam is.

"Maar we hopen dat we in de toekomst schone waterstof- en zuurstofbrandstoffen kunnen maken uit zonne-energie met behulp van perovskietcellen."

De studie is gepubliceerd in het open access tijdschrift Natuurcommunicatie .