Inspenet, 31 de julio 2023.
Ingenieros de la Universidad Rice han logrado una eficiencia récord del 20,8% en la conversión de energía solar en hidrógeno mediante un innovador dispositivo. Este fotorreactor combina semiconductores de haluro perovskita con electrocatalizadores, creando un dispositivo duradero, económico y escalable. Esta nueva tecnología representa un avance significativo en la energía limpia y puede abrir camino a diversas reacciones químicas que utilizan la energía solar para convertir materias primas en combustibles.
El equipo del ingeniero químico Aditya Mohite construyó el fotorreactor integrado con una barrera anticorrosión que aísla el semiconductor del agua sin interrumpir la transferencia de electrones. Este logro se ha documentado en un estudio publicado en Nature Communications..
“Utilizar la luz solar como fuente de energía para fabricar productos químicos es uno de los mayores obstáculos para una economía de energía limpia”, afirma Austin Fehr, estudiante de doctorado de ingeniería química y biomolecular y uno de los autores principales del estudio. “Nuestro objetivo es construir plataformas económicamente viables que puedan generar combustibles derivados de la energía solar. Aquí diseñamos un sistema que absorbe la luz y completa la química electroquímica de separación de agua en su superficie”.
Avances y retos de este nuevo dispositivo
El mencionado dispositivo es una célula fotoelectroquímica que tiene la particularidad de realizar tres procesos en un mismo dispositivo: absorber la luz, convertirla en electricidad y utilizar esa electricidad para impulsar una reacción química. Hasta este avance, la tecnología fotoelectroquímica para producir hidrógeno verde se enfrentaba a desafíos debido a la baja eficiencia y el alto costo de los semiconductores utilizados.
“Todos los dispositivos de este tipo producen hidrógeno verde utilizando sólo luz solar y agua, pero el nuestro es excepcional porque tiene una eficiencia récord y utiliza un semiconductor que es muy barato”, afirma Fehr.
El equipo de Mohite y sus colaboradores lograron transformar su célula solar altamente competitiva en un reactor capaz de utilizar la energía recolectada para descomponer el agua en oxígeno e hidrógeno. El desafío que enfrentaron fue la inestabilidad de las perovskitas de haluro en el agua y los recubrimientos utilizados para proteger los semiconductores terminaron afectando su funcionamiento o dañándolos.
Tras largas pruebas que no dieron el resultado deseado, los investigadores dieron por fin con una solución ganadora. “Nuestra idea clave fue que se necesitaban dos capas en la barrera, una para bloquear el agua y otra para establecer un buen contacto eléctrico entre las capas de perovskita y la capa protectora”, explica Fehr. “Nuestros resultados son los de mayor eficacia para células fotoelectroquímicas sin concentración solar y los mejores en general para las que utilizan semiconductores de haluro de perovskita”.
Los investigadores probaron que su diseño de barrera fue efectivo en diversas reacciones y con diferentes semiconductores, lo que significa que es aplicable a una amplia gama de sistemas. “Esperamos que estos sistemas sirvan de plataforma para conducir una amplia gama de electrones a reacciones de formación de combustible utilizando materias primas abundantes con sólo la luz solar como entrada de energía”, afirma Mohite.
“Con nuevas mejoras de la estabilidad y la escala, esta tecnología podría abrir la economía del hidrógeno y cambiar la forma en que los seres humanos fabrican cosas, pasando del combustible fósil al solar”, añadió Fehr.
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