Phân tách hydro bằng thiết bị quang điện-điện hóa

Máy điện phân bao gồm một pin mặt trời silicon vô định hình tiếp giáp ba lớp và kết nối với một điện cực phân tách oxy và hydro. Thiết kế và cấu trúc được làm hoàn toàn từ những vật chất dồi dào trên Trái Đất, có cấu hình đơn giản nhưng mạnh mẽ về tiềm năng công nghệ do loại bỏ sự cần thiết phải có pin mặt trời bên ngoài để cung cấp năng lượng điện phân nước, không phụ thuộc vào điện lưới, điều khiến cho thiết bị điện phân không hoàn toàn xanh.

Công nghệ sáng tạo mang tính nhảy vọt này khiến thiết bị phân tách nước dễ dàng được triển khai trên quy mô lớn. 

Một thiết bị tách nước quang điện – điện hóa (PV-EC) đã được giới thiệu bởi Trung tâm Nghiên cứu Juelich ở Đức. 

Sơ đồ minh họa nguyên mẫu thiết bị quang điện-điện hóa ( PV-EC) tích hợp.

Sơ đồ về kiến ​​trúc và kết nối của các thành phần được lắp ráp trong một thiết bị PV-EC nguyên mẫu tích hợp cao, thu nhỏ thành hệ thống tạo hydro điện hóa chạy bằng năng lượng mặt trời 64 cm 2. Thiết bị PV – EC bao gồm các tế bào năng lượng mặt trời silicon màng mỏng ba điểm tiếp giáp kết hợp với một chất xúc tác tách nước niken sắt molypden đa chức năng hấp thụ điện tử.

Trong thiết bị này, mô-đun quang điện ba lớp tiếp giáp a-Si: H / a-Si: H / μc-Si: H được ghép trực tiếp vào màng trao đổi anion của tế bào điện phân nước kiềm. Thiết kế PV-EC được ghép nối trực tiếp giúp giảm thiểu sự phức tạp về điện và nhiệt, giảm chi phí và tăng cường hiệu quả của bộ điện phân, ghép nối ngoài với các mô-đun quang điện.

a) Ảnh nhìn từ trên xuống mảng thu thập PV lớn hơn 10 m2 tại Trung tâm Nghiên cứu Juelich, Đức.

b) Ảnh chụp chồng điện phân màng trao đổi proton, gắn trực tiếp vào mặt sau của một trong các mô-đun PV.

Một thiết bị trình diễn dự án có quy mô công nghệ quan trọng khác với diện tích thu thập PV lớn hơn 10m2 đã được lắp đặt tại Trung tâm Nghiên cứu Juelich ở Đức .

Mảng PV 10 m2 bao gồm 8 mô-đun CIGS PV và ba mô-đun PV dị liên kết a-Si/c-Si, kết nối trực tiếp với các ngăn xếp điện phân màng trao đổi proton.

Dưới bức xạ của 1 mặt trời, thiết bị này cho thấy hiệu suất chuyển đổi năng lượng mặt trời thành hydro vượt quá 10%, hiệu suất sản xuất hydro được định lượng bằng đồng hồ đo lưu lượng khối lượng.

Trong các điều kiện thử nghiệm độ ổn định lâu dài, sự suy giảm hiệu suất của thiết bị dưới 10% trong vòng 9 tháng và 22 kg hydro được thu thập, một mục tiêu hiệu suất vượt quá mong đợi của dự án đối với các đối tác liên danh. Các chỉ số hiệu suất này là tín hiệu tốt cho sự phát triển trong tương lai của công nghệ PV-EC H2 độc lập.