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Nuevo nivel récord de producción de hidrógeno a partir de la división solar directa del agua

Un grupo internacional de investigadores ha logrado mejorar la eficiencia de la producción de hidrógeno a partir de la división solar directa del agua, alcanzando el nivel récord del 19%. Para ello combinaron una pila solar en tándem de semiconductores III-V con un catalizador de nanopartículas de rodio y un recubrimiento de dióxido de titanio cristalino.

Grupos de la Universidad de Cambridge, el Instituto de Tecnología de California (Caltech), la Technische Universität Ilmenau y el Instituto Fraunhofer para Sistemas de Energía Solar ISE tomaron parte en el trabajo de desarrollo.

La energía fotovoltaica es uno de los sistemas de suministro de energía renovable mas usados, ya que la luz del sol está espléndidamente disponible en todo el mundo, pero no todo el día. Una de las soluciones para hacer frente a esta generación de energía fluctuante es el almacenamiento de la luz solar en forma de energía química, específicamente mediante el uso de la luz solar para producir hidrógeno, debido a que el hidrógeno se puede almacenar de modo fácil y seguro, y puede ser usado de muchas maneras, ya sea en una pila de combustible para generar directamente electricidad y calor, o como materia prima para la fabricación de combustibles.

Si se combinan las células solares con catalizadores y capas funcionales adicionales para formar un "fotoelectrodo monolítico" como un solo bloque, el agua dividida se vuelve especialmente simple: el fotocátodo se sumerge en un medio acuoso y cuando la luz cae sobre él, se forma hidrógeno en la parte delantera y oxígeno en la parte posterior.

Para el fotocátodo monolítico investigado aquí, los equipos de investigación combinaron capas funcionales adicionales con una pila en tándem altamente eficiente hecha de semiconductores III-V desarrollados en el Instituto Fraunhofer ISE.

Esto les permitió reducir la reflectividad de la superficie de la celda, ahorrando así las pérdidas estimadas causadas por la absorción y reflexión de la luz parásita.

"Aquí incluso es donde radica la innovación", explica el profesor Hans-Joachim Lewerenz, de Caltech: "Porque ya habíamos logrado una eficiencia de más del 14% en una pila anterior en 2015, que fue un récord mundial en ese momento. Aquí hemos reemplazado la capa superior anticorrosiva con una capa de dióxido de titanio cristalino que no solo tiene excelentes propiedades antirreflectantes, sino que también se adhieren las partículas de catalizador".

Bajo la radiación solar simulada, los científicos alcanzaron una eficiencia del 19,3% en ácido perclórico acuoso diluido, mientras que aún alcanzaban el 18,5% en un electrolito con pH neutro. Estas cifras casi alcanzan a la eficiencia máxima teórica del 23% que se puede lograr con las propiedades electrónicas inherentes para esta combinación de capas.

Fuente e imagen: Periodista Digital