Принцип производства фотоэлектрохимического водорода
Подобно солнечной фотогальванической технологии, технология фотоэлектрохимического производства водорода использует фотоэлектрохимическую энергию, генерируемую фотоэлектрическими полупроводниковыми материалами, для непосредственного разложения молекул воды на водород и кислород. Это идеальный способ хранения солнечной энергии в химическом топливе. Используется Fujishima и Honda в 1971 году. Электролиз с электролизом на основе диоксида титана, полученный водородом, начал исследовать производство фотоэлектрохимического водорода с практическим значением.
Типичный фотоэлектрохимический декомпозиционный солнечный элемент состоит из фотоанода и катода. Фотоанод обычно представляет собой оптический полупроводниковый материал, который может возбуждаться светом для генерации электронно-дырочных пар, фотоанода и противоэлектрода (катода) для образования фотоэлектрохимической ячейки и фотоанода в присутствии электролита. После поглощения света электроны, генерируемые на полупроводниковой полосе, поступают на катод через внешнюю цепь, а ионы водорода в воде принимают электроны от катода для генерации водорода. Наиболее важным фактором, влияющим на эффективность производства водорода, является полупроводниковый фотоанод. Максимальный предел поглощения света полупроводника должен быть как можно более смещен. Для видимой части уменьшите рекомбинацию между фотогенерируемыми носителями и улучшите время жизни носителя. Наиболее изученным материалом фотоанода является TiO2. TiO2 используется в качестве фотоанода, который устойчив к легкой коррозии и обладает хорошей химической стабильностью.
Проект PECSYS, совместно осуществляемый тремя странами ЕС
Полное название проекта PECSYS - это технология демонстрации крупномасштабной фотоэлектрохимической системы для производства солнечного водорода. Проект разработан немецким исследовательским центром, специализирующимся на исследованиях сложных материалов и трансформации энергии - Центра исследований материалов и энергии Гельмгольца (HZB) в Берлине. Запущен 1 января 2017 года. Проект финансировался программой «Vision 2020» Европейского исследовательского центра с общим объемом инвестиций 2,5 миллиона евро. Помимо Исследовательского центра HZB, Исследовательский центр Jülich в Германии, Университет Упсалы, Швеция, Solibro Research, Швеция Исследовательский центр Ab, а также итальянский Consiglio Nazionale delle Richere и 3SUN два исследовательских центра.
Цель: 6% эффективности за 6 месяцев
В последние годы технические исследования по производству водорода из фотоэлектрических систем в Европе достигли значительного прогресса. Однако, в отличие от фотоэлектрических технологий производства электроэнергии, производство фотовольтаического водорода не способно вводить технологию в массовое производство. В настоящее время рыночная цена на производство фотовольтаического водорода составляет 8 евро за килограмм водорода. Таким образом, целью проекта является показать работающую систему PV-EC, измеряющую не менее 10 квадратных метров, что делает производство солнечного водорода не менее 6% эффективным и обеспечивающее получение водорода по меньшей мере 16 г / ч при средней стоимости 5 евро / кг. Ожидается, что система будет работать непрерывно в условиях наружного воздуха и теряет менее 10% по сравнению с первоначальной эффективностью через шесть месяцев.
Интегрированное устройство
Разработка оборудования осуществляется основной исследовательской группой Исследовательского центра HZB, группой PV Thin Film и Nanotechnology (PVcomB). В процессе разработки фотогальванические элементы на основе различных материалов (таких как кремний и халькогенид) будут проверяться на основе галогенидов металлов. Серия перовскитных ячеек и электрокатализаторов и мембран, а также разработка уплотнительных и защитных слоев, цель состоит в том, чтобы усилить экспериментальную шкалу оборудования 25 см2 и, наконец, разработать интегрированное оборудование, которое может работать стабильно в экстремальных условиях окружающей среды. Группа установит общую площадь в 10 квадратных метров в Юлихе, Германия и 3SUN в Италии.
Ожидается, что проект даст общественным и производственным компаниям сильные изменения в технико-экономических преимуществах этой системы, сделав производство фотовольтаического водорода хорошим альтернативой традиционному топливному обеспечению и повысив конкурентоспособность европейских производителей PV и ячеек. Для разработки глобальной технологии производства фотовольтаического химического водорода это будет также прорывное обновление.
В дополнение к проекту PECSYS существует много исследовательских проектов в области производства фотоэлектрохимического водорода в Европе и США. Например, лаборатория NREL в Соединенных Штатах также добилась прогресса в снижении стоимости молекулярных катализаторов. Считается, что эта технология будет вскоре реализована.
В настоящее время началось строительство первой в Китае промышленной водородной производственной станции по производству водорода, которая будет эффективным решением проблемы крупномасштабного заброшенного ветра в Китае. Хотя нынешний проект по производству фотоэлектрохимического водорода не может быть построен в Китае в больших масштабах, Но я считаю, что при быстром развитии технологий массовое производство будет реализовано в ближайшее время, а фотогальваническая промышленность откроет еще один бум.
