Energia

Fotossíntese artificial produz hidrogênio com quase 20% de eficiência

Fotossíntese artificial produz hidrogênio com quase 20% de eficiência
A célula monolítica é mergulhada diretamente na água e começa a produzir hidrogênio assim que é posta ao Sol.[Imagem: ACS Energy Letters]

Hidrogênio com energia solar

A eficiência de produção de "hidrogênio solar" - a produção de hidrogênio usando diretamente a energia solar - atingiu uma marca recorde de 19%.

O hidrogênio é um combustível limpo, que pode ser usado em células a combustível para produção direta de eletricidade, pode ser queimado em sistemas termoelétricos convencionais, ou pode ser usado como armazenamento temporário para fontes renováveis intermitentes, como a energia solar e a energia eólica. Mas hoje o gás produzido a partir de combustíveis fósseis, como o gás natural, o que deixa uma profunda pegada ambiental.

Célula solar monolítica

O recorde foi batido sobrepondo uma célula solar multijunção, um catalisador feito com nanopartículas do metal ródio e um revestimento cristalino de dióxido de titânio.

Esta combinação de tecnologias, que Wen-Hui Cheng e seus colegas chamam de "fotoeletrodo monolítico", foi resultado de uma colaboração entre pesquisadores dos EUA e da Alemanha.

Como as camadas funcionais são reunidas em um bloco único, o fotoeletrodo pode ser imerso em água e, quando a luz do Sol o atinge, o hidrogênio é formado na parte frontal do dispositivo, e o oxigênio em sua parte traseira.

"Nós já havíamos alcançado uma eficiência acima de 14% em uma célula anterior, em 2015, o que foi o recorde para a época. Agora nós substituímos a camada superior anticorrosão por uma camada cristalina de dióxido de titânio que não apenas tem excelentes propriedades antirreflexivas, como também serve como suporte ao qual as partículas do catalisador aderem," disse o professor Hans-Joachim Lewerenz.

Recorde e longevidade

Sob radiação solar simulada, a célula monolítica alcançou uma eficiência de 19,3% em ácido perclórico aquoso diluído, e 18,5% em um eletrólito com pH neutro. Esses números se aproximam da eficiência teórica máxima de 23% que pode ser alcançada com as propriedades eletrônicas inerentes a essa combinação de camadas.

O trabalho agora será aumentar a vida útil dessas células capazes de fazer "fotossíntese artificial": Os protótipos apresentaram uma duração de 100 horas.

Bibliografia:

Monolithic Photoelectrochemical Device for Direct Water Splitting with 19% Efficiency
Wen-Hui Cheng, Matthias H. Richter, Matthias M. May, Jens Ohlmann, David Lackner, Frank Dimroth, Thomas Hannappel, Harry A Atwater, Hans-Joachim Lewerenz
Energy Letters
Vol.: 3, pp 1795–1800
DOI: 10.1021/acsenergylett.8b00920




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