Innowacyjny materiał superkrystaliczny rozpoczyna nową erę w efektywności wykorzystania energii słonecznej

Opublikowane ponownie przez Plato

Obserwuje: 0

Innowacyjny materiał superkrystaliczny rozpoczyna nową erę w zakresie efektywności energetycznej energii słonecznej

przez Roberta Schreibera

Berlin, Niemcy (SPX) 04 grudnia 2023 r

Naukowcy z Uniwersytetu Ludwiga Maximiliana w Monachium (LMU) dokonali znaczącego postępu w technologii energii słonecznej, opracowując wysokowydajne nanostruktury, które ustanowiły nowy rekord świata w produkcji zielonego wodoru przy użyciu światła słonecznego. Ta przełomowa praca, szczegółowo opisana w publikacji w Nature Catalytics, otwiera nowe możliwości dla ogniw słonecznych i fotokatalizatorów.

Kierujący badaniami profesor Emiliano Cortes, zajmujący się fizyką eksperymentalną i konwersją energii na LMU, przyjął nowatorskie podejście do wykorzystania energii słonecznej. Zagłębiając się w nanokosmos, Cortes i jego zespół z Nano-Instytutu LMU pilnie pracowali nad stworzeniem rozwiązań materiałowych umożliwiających bardziej efektywne wykorzystanie energii słonecznej. „Tam, gdzie wysokoenergetyczne cząstki światła słonecznego spotykają się ze strukturami atomowymi, zaczynamy nasze badania” – stwierdza Cortes, podkreślając innowacyjny kierunek swojej pracy.

Zespół skupił się na pokonaniu wyzwania, jakim jest „rozrzedzone” światło słoneczne Ziemi, które charakteryzuje się niższą energią na obszar. Tradycyjne panele słoneczne rozwiązują ten problem, pokrywając duże obszary, ale podejście Cortesa jest inne. Przy wsparciu klastra doskonałości w zakresie e-konwersji, inicjatywy Solar Technologies go Hybrid i Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych zespół LMU opracował nanostruktury plazmoniczne, które skuteczniej koncentrują energię słoneczną.

Jednym z ich najbardziej znaczących osiągnięć jest dwuwymiarowy superkryształ zdolny do wytwarzania wodoru z kwasu mrówkowego przy użyciu światła słonecznego. Dr Matias Herran, kluczowy badacz projektu, wyjaśnia: „Tworzymy cząstki z metalu plazmonicznego, w tym przypadku złota, w zakresie 10–200 nanometrów. W tej skali interakcja światła widzialnego z elektronami złota jest znacznie wzmocniona.” Ta interakcja skutkuje powstaniem silnie zlokalizowanych i silnych pól elektrycznych, zwanych gorącymi punktami, pomiędzy cząsteczkami złota. Nanocząstki platyny są strategicznie rozmieszczone w tych przestrzeniach, aby skutecznie przekształcać kwas mrówkowy w wodór.

Skuteczność tego procesu jest niezrównana. Superkryształ może pochwalić się szybkością produkcji wodoru z kwasu mrówkowego na poziomie 139 milimoli na godzinę na gram katalizatora, co stanowi obecnie światowy rekord w produkcji wodoru przy użyciu światła słonecznego. To przełomowe rozwiązanie stanowi obiecującą alternatywę dla tradycyjnych metod produkcji wodoru, opierających się głównie na paliwach kopalnych, takich jak gaz ziemny.

Innowacja Cortesa i Herrana nie tylko stanowi postęp w produkcji ekologicznego wodoru, ale ma także potencjał do zastosowań przemysłowych, takich jak przekształcanie CO2 w substancje nadające się do użytku. Podwójna integracja metali plazmonicznych i katalitycznych oznacza znaczący postęp w rozwoju silnych fotokatalizatorów.

Konsekwencje tych badań są dalekosiężne. Zwiększając efektywność konwersji energii słonecznej i otwierając nowe ścieżki produkcji wodoru ze źródeł odnawialnych, technologia ta stanowi awangardę zrównoważonych rozwiązań energetycznych. Praca zespołu LMU, oparta na nanotechnologii i głębokim zrozumieniu fotofizyki, może utorować drogę bardziej efektywnym i przyjaznym dla środowiska systemom energetycznym na całym świecie. Ich opracowanie materiałowe zostało już opatentowane, co świadczy o dużej pewności co do jego komercyjnej wykonalności i potencjalnego wpływu na sektor energetyczny.

Raport z badań:Plazmoniczne bimetaliczne dwuwymiarowe superkryształy do wytwarzania H2

Linki pokrewne

Centrum Nanonauki

Wszystko o energii słonecznej na SolarDaily.com