Искусственные листья, вырабатывающие водород, вскоре могут стать еще лучше благодаря новому исследованию, в котором изучалось влияние давления на химические процессы, которые они запускают. Все сводится к пузырькам.
Когда дело доходит до определенных процессов, природу трудно превзойти. Возьмем, к примеру, фотосинтез. Благодаря своим листьям деревья способны высасывать углекислый газ из воздуха, соединять его с водой и получать необходимую им для жизни энергию, при этом выбрасывая обратно здоровую дозу кислорода остальной части планеты.
Поэтому вместо того, чтобы пытаться сделать что-то лучше листа, ученые потратили годы, пытаясь имитировать его и применять его принципы уникальными способами. Хотя мы видели искусственные листья, которые могут производить все, от синтетического газа до фармацевтических препаратов, одно из самых многообещающих применений маленьких кусочков технологии — высвобождение водорода из воздуха и воды. Это происходит в естественном фотосинтезе, когда растения разделяют атомы водорода и кислорода молекул воды.
Современные искусственные листья, вырабатывающие водород, известные как фотоэлектрохимические элементы (ФЭЯ), используют электроды, работающие на свету, для создания тока, который расщепляет воду на водород и кислород. Лучшие из них имеют коэффициент преобразования энергии 19%, что является мерой того, сколько чистой энергии извлекается из системы. Для сравнения, лучшие из ныне работающих солнечных панелей имеют коэффициент преобразования энергии около 24%.
Одной из проблем с выводом PEC за пределы этой скорости является то, что во время процесса в растворе электролита, в котором работают электроды, начинают образовываться пузырьки. Эти пузырьки могут помешать раствору соприкасаться с электродами, а также могут повлиять на способность системы поглощать свет.
Думая, что они могут справиться с проблемой пузырьков, исследователи из немецкого Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB) проверили идею применения большего атмосферного давления к внутренним работам PEC. Они обнаружили, что если рабочее давление увеличить до 8 бар, они смогли сдержать пузырьки достаточно, чтобы вдвое сократить общие потери энергии системы, что может привести к увеличению скорости преобразования энергии на 5-10% по сравнению с текущими системами золотого стандарта.
«Оптических потерь рассеяния можно почти полностью избежать при этом давлении», — сказал первый автор исследования Фэн Лян. «Мы также увидели значительное снижение перекрестного переноса продуктов, особенно переноса кислорода на противоэлектрод».
Лян и его коллеги сообщили о своих результатах в журнале Nature Communications.
