Los ingenieros de la Universidad Rice pueden convertir la luz solar en hidrógeno con una eficacia récord gracias a un dispositivo que combina semiconductores de haluro perovskita de última generación con electrocatalizadores en un único dispositivo duradero, rentable y escalable.
La nueva tecnología supone un importante paso adelante para la energía limpia y podría servir de plataforma para una amplia gama de reacciones químicas que utilizan la electricidad captada por el sol para convertir materias primas en combustibles.
El laboratorio del ingeniero químico y biomolecular Aditya Mohite construyó el fotorreactor integrado utilizando una barrera anticorrosión que aísla el semiconductor del agua sin impedir la transferencia de electrones. Según un estudio publicado en Nature Communications, el dispositivo alcanzó una eficiencia de conversión de energía solar en hidrógeno del 20,8%.
"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".
Pruebas
El dispositivo se conoce como célula fotoelectroquímica porque la absorción de la luz, su conversión en electricidad y el uso de la electricidad para alimentar una reacción química se producen en el mismo dispositivo. Hasta ahora, el uso de la tecnología fotoelectroquímica para producir hidrógeno verde se veía obstaculizado por la baja eficiencia y el elevado coste de los semiconductores.
"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 laboratorio Mohite y sus colaboradores crearon el dispositivo convirtiendo su célula solar, muy competitiva, en un reactor capaz de utilizar la energía cosechada para dividir el agua en oxígeno e hidrógeno. El reto que tuvieron que superar fue que las perovskitas de haluro son extremadamente inestables en el agua y los recubrimientos utilizados para aislar los semiconductores acabaron alterando su función o dañándolos.
La solución
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 demostraron que su diseño de barrera funcionaba para distintas reacciones y con distintos semiconductores, por lo que es aplicable a muchos 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.
Aspalco
22/07/2023