Célula solar produz eletricidade e hidrogênio ao mesmo tempo

Redação do Site Inovação Tecnológica - 21/11/2018

Esta é a célula HPEV (Hybrid PhotoElectrochemical and Photovoltaic Cell), que produz hidrogênio e energia elétrica simultaneamente.
[Imagem: Berkeley Lab/JCAP]

Célula de hidrogênio e voltaica

Um novo dispositivo de fotossíntese artificial, batizado de "célula fotoeletroquímica e voltaica híbrida" transforma luz solar e água em não apenas um, mas em dois tipos de energia - eletricidade e hidrogênio.

A maioria dos dispositivos que quebra as moléculas de água para produzir hidrogênio solar é feita de uma pilha de materiais absorvedores de luz. Dependendo de sua composição, cada camada absorve diferentes partes ou comprimentos de onda do espectro solar, indo dos comprimentos de onda menos energéticos da luz infravermelha, até os comprimentos de onda mais energéticos da luz visível ou mesmo ultravioleta. Quando cada camada absorve a luz, ela cria uma tensão elétrica. Essas tensões individuais se combinam em uma voltagem grande o suficiente para dividir a água em oxigênio e hidrogênio.

O problema com essa configuração é que, embora as células solares de silício possam gerar eletricidade quase no limite de sua eficiência, seu desempenho fica comprometido quando elas fazem parte de uma célula de quebra da água.

"É como dirigir um carro sempre na primeira marcha. Essa é a energia que você pode colher, mas, como o silício não está operando no ponto de potência máxima, a maioria dos elétrons energizados do silício não tem para onde ir, então eles perdem energia antes de serem utilizados para fazer um trabalho útil," explica Gideon Segev, do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, nos EUA.

Célula hidro-solar

Para superar essa deficiência, Segev propôs uma solução surpreendentemente simples: "Nós pensamos: 'E se simplesmente deixarmos os elétrons saírem?'"

Nas células de fotossíntese artificial - que fazem a separação da água em hidrogênio e oxigênio -, a superfície frontal é dedicada à produção de combustíveis solares, enquanto a superfície posterior serve como uma tomada elétrica.

Segev então adicionou um contato elétrico à parte traseira do dispositivo de silício, criando uma célula com dois contatos na parte traseira em vez de apenas um e direcionando esses elétrons para a produção de hidrogênio - estava pronta a "célula fotoeletroquímica e voltaica híbrida".

A saída traseira extra permite que a corrente seja dividida em duas, de modo que uma parte contribua para a geração do hidrogênio, enquanto o restante pode ser extraído como energia elétrica.

De acordo com os cálculos da equipe, um gerador convencional de hidrogênio solar feito com uma combinação de silício e vanadato de bismuto - um material amplamente estudado para a separação da água usando energia solar - pode gerar hidrogênio com uma eficiência de 6,8%.

Por sua vez, nas novas células, feitas com o mesmo material, os mesmos 6,8% da energia solar podem ser armazenados como hidrogênio e outros 13,4% da energia solar podem ser convertidos em eletricidade, resultando em uma eficiência combinada de 20,2%.

Isso é três vezes melhor do que as melhores células solares de hidrogênio apresentadas até agora.

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