Mówiąc o zielonym wodorze, nie mowa o tym, który powstaje w drodze przemian z nieodnawialnych paliw kopalnych. Zielonym wodorem jest ten wytwarzany w sposób zrównoważony i bezpieczny dla środowiska. Można tego dokonać, rozszczepiając cząsteczkę wody. Jednak także w tej metodzie dostrzega się kilka wad technicznych i niedoskonałości, które czekają na naprawienie.
Czytaj też: Koreańczycy obiecują cuda. Ich ogniwo fotowoltaiczne wymyka się wszelkim prawom
Badacze z Koreańskiego Instytutu Badawczego Standardów i Nauki (KRISS) przyjrzeli się dokładniej procesowi produkcji wodoru za pomocą krzemowej fotoanody zanurzonej w wodzie. Źródłem energii do wytwarzania gazu miałaby być energia słoneczna. Całość procesów byłaby zatem całkowicie czysta i niegroźna dla środowiska. Niestety konstrukcja fotoanody pozostawia wiele do życzenia.
Nowa epoka zielonego wodoru dzięki opracowaniu kontroli poziomów defektów na fotoanodach
Przede wszystkim fotoanoda typu n-Si, jak to opisują autorzy, bardzo łatwo koroduje w kontakcie z wodą, co wpływa negatywnie na wydajność działania systemu. W związku z tym od jakiegoś czasu stosuje się ochronną warstwę tlenku tytanu TiO2. Niestety materiał ten jest słabym przewodnikiem. Można jednak regulować strukturę warstwy za pomocą defektów tlenu, o czym napisali koreańscy uczeni na łamach Journal of Materials Chemistry A.
Naukowcy opracowali pierwszą na świecie metodę systematycznej kontroli poziomów defektów tlenu w warstwie z TiO2. Dzięki technologii udało się wypracować takie poziomy defektów, kiedy fotoanoda nadal pozostaje stabilna i odporna na korozję, a jednocześnie warstwa ochronna zapewnia optymalną przewodność elektryczną.
Czytaj też: Nie USA, nie Niemcy. Prawdziwego zamachu na naszą fotowoltaikę dokonały Chiny
Wszystko zostało sprawdzone na laboratoryjnym modelu. Specjalna fotoanoda bez żadnej folii ochronnej traciła na wydajności już po godzinie, kiedy to osiągnęła zdolność do produkcji wodoru poniżej 20 proc. względem stanu początkowego. Natomiast fotoanoda z opracowaną warstwą tlenkową utrzymała wydajność na poziomie ponad 85 proc. przez co najmniej 100 godzin.
Sami badacze z KRISS uważają, że ich technologia zapoczątkuje nową epokę zielonego wodoru, ponieważ dzięki kontroli defektów wydłużamy żywotność fotoanody 10-krotnie. Wyniki tych badań również mogą przydać się w innych obszarach nauki i techniki, które korzystają z fotoanod, np. przy sztucznej fotosyntezie, w ramach której wychwytywałoby się dwutlenek węgla z atmosfery.