Ingenieros de la Universidad Rice han establecido un nuevo récord en eficiencia al transformar luz solar en hidrógeno. Este logro se ha realizado con un innovador dispositivo que une semiconductores de haluro de perovskita de última generación con electrocatalizadores en una única unidad, duradera, económica y escalable.
Un hito para la energía limpia
Este avance supone un gran paso hacia la consolidación de una economía de energía limpia, al brindar una plataforma para realizar diversas reacciones químicas. Estas reacciones usan la electricidad obtenida de la energía solar para transformar los insumos básicos en combustibles.
El dispositivo milagroso: la celda fotoelectroquímica
El grupo de Aditya Mohite, ingeniero químico y de biomoléculas, fue el encargado de construir este fotoreactor integrado. La clave de su éxito radica en un revestimiento anticorrosivo que protege al semiconductor del agua, sin entorpecer el traspaso de electrones. Como se detalla en un estudio publicado en Nature Communications, el dispositivo ha logrado una eficiencia de conversión de energía solar a hidrógeno del 20.8%.
Nuestro objetivo es crear plataformas económicamente viables que puedan generar combustibles derivados de la energía solar. Para ello, hemos diseñado un sistema que absorbe la luz y realiza la química de división electroquímica del agua en su superficie.
Austin Fehr, doctorando en ingeniería química y biomolecular y uno de los autores principales del estudio
Rompiendo barreras en eficiencia y costes
La eficiencia excepcional y el bajo coste de los semiconductores usados, hacen de este dispositivo, conocido como celda fotoelectroquímica, una auténtica revolución en la producción de hidrógeno verde. Hasta la fecha, las tecnologías fotoelectroquímicas para producir hidrógeno ecológico se habían visto obstaculizadas por su baja eficiencia y el alto coste de los semiconductores.
El equipo de investigación de Mohite, junto a sus colaboradores, transformó su competitiva celda solar en un reactor capaz de usar la energía capturada para dividir el agua en oxígeno e hidrógeno. El principal desafío era que los haluros de perovskita son extremadamente inestables en agua y los revestimientos usados para proteger los semiconductores terminaban por interrumpir su funcionamiento o dañarlos.
La solución: doble capa de barrera
Tras varios intentos fallidos, los investigadores hallaron la solución.
Nuestro hallazgo clave fue que necesitabas dos capas para la barrera, una para bloquear el agua y otra para garantizar un buen contacto eléctrico entre las capas de perovskita y la capa protectora. Nuestros resultados son la eficiencia más alta para celdas fotoelectroquímicas sin concentración solar, y la mejor en general para las que utilizan semiconductores de haluro de perovskita.
Austin Fehr
Este logro es histórico en un campo que ha estado dominado por semiconductores prohibitivamente caros y podría representar, por primera vez, un camino hacia la viabilidad comercial de este tipo de dispositivos.
Los investigadores demostraron que su diseño de barrera funcionó para diferentes reacciones y con diferentes semiconductores, lo que significa que es aplicable en diversos sistemas.
Esperamos que estos sistemas sirvan como plataforma para impulsar una amplia gama de reacciones de formación de combustible utilizando insumos abundantes, con solo la luz solar como entrada de energía.
Con más mejoras en estabilidad y escala, esta tecnología podría abrir la economía del hidrógeno y cambiar la forma en que los humanos fabricamos cosas, pasando de los combustibles fósiles a los combustibles solares.
Austin Fehr
Vía rice.edu
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