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Forscher der Gruppe der Photovoltaik- und Optoelektronischen Geräte Universitat Jaume I haben eine organische Vorrichtung entwickelt, die Wasser zu reduzieren Wasserstoff ab nur für Sonnenlicht. Wasserstoff hat ein großes Potenzial als Brennstoff, so dass Fortschritte bei der Gewinnung von Wasserstoff Schlüssel im Bereich alternativer Energien sind.

Organische Materialien bieten eine höhere Effizienz und Vielseitigkeit zu geringeren Kosten als solche, die bisher für solche Geräte verwendet wurden, haben jedoch Probleme mit der Stabilität bei Kontakt mit einem wässrigen Medium.

Die Arbeit, veröffentlicht in The Journal of Physical Chemistry und im Rahmen des europäischen PHOCS-Projekts eine außergewöhnliche Stabilität bei solchen Geräten erreicht und einen wichtigen Fortschritt bei der Beschaffung von Solarbrennstoffen aus organischen Materialien darstellt. Sixto Giménez, Forschungskoordinator, betont, dass durch das in der UJI entwickelte Gerät "die Wasserstoffproduktion seit drei Stunden erreicht wurde, was eine Stabilität der organischen Materialien beweist, die bisher nicht erreicht wurde."

PHOCS-Projekt

Organische Photovoltaikgeräte werden in Wasser korrupt und leicht beschädigt. "Unsere Strategie war es, eine physische Barriere zwischen dem photovoltaischen Teil und dem Katalysator, der die Wasserstofferzeugungsreaktion durchführt, zu errichten. Dazu haben wir kompakte Schichten mit Material von Titanoxid Nanometer, die nicht nur als Barriere zwischen Wasser und Photovoltaik wirken, sondern auch den photovoltaischen Teil und den Platin-Katalysator elektrisch kommunizieren. Mit dieser Strategie konnten wir die Stabilität enorm steigern, indem wir die Leistungsfähigkeit solcher Geräte aufrechterhalten," erklärt der Forscher Antonio Guerrero.

Die Beschaffung von Sonnenenergie wie Wasserstoff aus Wasser und Sonnenlicht ist eine Strategie zur Lösung des Energieproblems auf globaler Ebene. "Wir können über völlig erneuerbare Ressourcen wie Sonnenlicht und Wasser verfügen, um ein Energiefahrzeug wie Wasserstoff zu bekommen. Darüber hinaus ist Wasserstoff eine chemische Verbindung mit einer Vielzahl von Anwendungen in der Industrie wie Düngemittelerzeugung, Synthese von hydrierten Verbindungen usw.," betont Giménez.

Forschung im Rahmen des Projekts PHOCS (Photogenerated Hydrogen by Organic Catarytic Systems), das über das 7. Rahmenprogramm der Europäischen Union finanziert wird, das die Entwicklung neuer Geräte auf der Grundlage von Halbleiter-Biomaterialien zum Zweck der Photo-Dekomposition von Wasser durch effiziente Wasserstofferzeugung zum Ziel hat. Damit soll der Einsatz billigerer und nachhaltigerer Materialien für die Wasserstoffgewinnung optimiert werden.

Gruppe von Photovoltaik- und optoelektronischen Geräten Jaume I

Vorrangige Projekte auf der Grundlage der Wasserstoffwirtschaft

Eine der größten Herausforderungen des Projekts, das nach drei Jahren Arbeit im November abgeschlossen sein wird, besteht darin, zu zeigen, dass organische (Kunststoff-) Materialien für die photoelektrische Wasserstofferzeugung eingesetzt werden können, was bereits erreicht wurde. Giménez erklärt, dass "der Wasserstoff aufgrund seines großen Energiepotentials, seiner Energie, die in Elektrizität, in mechanische Energie usw. umgewandelt werden kann, genauso wie Benzin verwendet werden kann." Die Verwendung dieser Sonnenenergien "wird es ermöglichen, dass du in naher Zukunft zu einer Tankstelle gehst und nicht mit Benzin, einem Erdölprodukt, tankst, sondern mit Wasserstoff umwandelst, um es mit Hilfe einer Brennstoffzelle in Elektrizität umzuwandeln und damit in mechanische Energie zu gelangen, da Wasser das einzige Abfallprodukt ist," erklärt der Forscher. Auf diese Weise trägt die Forschung, an der die UJI beteiligt ist, zum Übergang vom gegenwärtigen, auf fossilen Brennstoffen basierenden Energiemodell zu einem umweltverträglichen und nachhaltigen Modell bei, das sich auf die Nutzung der Sonnenenergie konzentriert. Dieser Übergang wird durch die Entwicklung neuer Halbleitermaterialien möglich sein.

Wasserstoff-basierte Energiemodelle (Wasserstoffwirtschaft) sind eine Priorität in den Technologieentwicklungsprogrammen der ersten Volkswirtschaften der Welt wie den USA, der Europäischen Union und Japan. Das PHOCS-Projekt wird von Dr. Maria Rosa Antognazza, Forscherin am Center for Nano Science and Technology Milano, koordiniert und umfasst sieben Partner aus fünf Ländern, darunter Forschungseinrichtungen und öffentliche Universitäten wie Jaume I, sowie die italienische Ölgesellschaft ENI.

Der Beitrag des Forschungsteams von Sixto Giménez zum PHOCS-Projekt, das von der UJI geleitet wurde, war der Versuch, zu verstehen, welche physikalisch-chemischen Mechanismen für den Betrieb dieser Geräte verantwortlich sind, wobei verschiedene Techniken in den Laboratorien der Gruppe der Photovoltaik- und Optoelektronische Geräte eingesetzt wurden. Darüber hinaus wurde aus der UJI-Gruppe ein eigener Vorschlag für ein organisches Gerät entwickelt, das durch das erreichte Stabilitätsniveau hervorhebt. "Der nächste Schritt wird darin bestehen, die Effizienz dieses Instruments weiter zu verbessern, insbesondere was die Energieeffizienz betrifft," erklärt Giménez.

Ref.

- M. Haro, C. Solis, G. Molina, L. Otero, J. Bisquert, S. Gimenez and A. Guerrero. “Toward Stable Solar Hydrogen Generation Using Organic Photoelectrochemical Cells”, The Journal of Phisical Chemestry, 2015, 119 (12), pp 6488–6494

- A. Guerrero, M. Haro, S. Bellani, M. Antognazza, L. Meda c, S. Gimenez and J. Bisquert. “Organic photoelectrochemical cells with quantitative photocarrier conversión”, Energy Environ. Sci., 2014, 7, 3666-3673

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Universitat Jaume I

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