[PWC-MEDIA] Persbericht TU Delft: Goedkope, efficiënte en stabiele foto-elektrode voor mogelijk betere waterontleding met zonne-energie

  • From: Roy Meijer <R.E.T.Meijer@xxxxxxxxxx>
  • To: "'pwc-media@xxxxxxxxxxxxx'" <pwc-media@xxxxxxxxxxxxx>
  • Date: Thu, 29 Jun 2017 09:12:16 +0000

Goedkope, efficiënte en stabiele foto-elektrode voor mogelijk betere 
waterontleding met zonne-energie

Waterontleding met zonne-energie biedt mogelijkheden voor een efficiënte 
grootschalige conversie en opslag van hernieuwbare energie. Wetenschappers van 
de TU Delft en AMOLF hebben een heel efficiënte en stabiele foto-elektrode 
geconstrueerd, een materiaal dat licht absorbeert en water direct ontleedt in 
waterstof en zuurstof. Als lichtabsorberend materiaal hebben ze silicium wafers 
gebruikt, zodat het systeem ook nog goedkoop is. Op donderdag 29 juni 
verschijnt een verslag van hun bevindingen in Nature Communications.

Energieomzetting
Foto-elektrochemische (PEC) waterontleding (in waterstof en zuurstof) wordt 
gezien als een duurzame methode voor de productie van schone en hernieuwbare 
brandstof. Hierbij wordt zonne-energie direct omgezet in chemische energie. De 
waterstof kan bijvoorbeeld worden gebruikt in brandstofcellen van elektrische 
auto’s, of omgezet in andere duurzame stoffen.
“Samen met collega’s van AMOLF (Amsterdam) hebben we een foto-elektrode 
gemaakt, een materiaal dat licht absorbeert en water direct ontleedt, met een 
zeer grote efficiëntie en meer dan 200 uur stabiliteit”, zegt Wilson Smith, 
onderzoeker bij de afdeling Chemical Engineering  van de TU 
Delft<https://www.tudelft.nl/tnw/over-de-faculteit/afdelingen/chemical-engineering/>.
 “Dat is bijzonder, want meestal wordt er niet meer dan vijf uur stabiliteit 
bereikt. We gebruiken silicium wafers als lichtabsorberend materiaal, zodat de 
foto-elektrode ook nog heel goedkoop is.”
“Kortom, we hebben nu een materiaal dat goedkoop is, veel licht absorbeert, een 
hoge katalytische efficiëntie heeft en ook nog eens heel stabiel is.”

MIS
Het is essentieel dat een PEC-systeem een voldoende grote fotostroom en 
fotospanning levert om de wateroxidatiereactie mogelijk te maken. Er is meestal 
een balans tussen efficiëntie en stabiliteit: als je het een aanpakt, wordt het 
andere meestal slechter. ‘In deze aanpak hebben we de stabiliteit en problemen 
met de katalyse onafhankelijk van elkaar aangepakt, en daarna in één simpel 
systeem gecombineerd. We gebruiken een nieuw ontworpen isolatielaag om de 
silicium foto-electrode te stabiliseren, en tegelijkertijd twee metalen om het 
foto-voltage omhoog te krijgen. Deze aanpak, het maken van een zogenaamde 
metaal-isolator-halfgeleider-overgang (MIS, metal-insulator-semiconductor 
junction) is al eerder efficiënt gebleken, maar nog niet duurzaam’, legt Smith 
uit.

Duurzaamheid
“De MIS-constructie heeft grote voordelen voor waterontleding met 
zonne-energie, maar het is dus moeilijk om een goede balans te vinden tussen de 
efficiëntie en de duurzaamheid op de lange termijn”, zegt Smith. Daarom zijn 
veel inspanningen gericht op de bescherming van de foto-elektrode. Nikkel (Ni) 
is een aantrekkelijk materiaal met alle voor MIS-fotoanodes vereiste 
functionaliteiten: hoge werkzaamheid voor opwekking van fotospanning, een 
actieve katalysator voor wateroxidatie en een hoge chemische stabiliteit in een 
sterk alkalische oplossing. Ni absorbeert echter licht, en heeft daardoor 
invloed op de werking van de foto-elektrode, en zou daarom heel dun gemaakt 
moeten worden (2 nm). Maar zo’n dunne Ni-laag kan de fotoanode echter weer niet 
volledig beschermen in een zeer corrosieve elektrolyt met een pH van 14.

[cid:image003.png@01D2F0C8.912433C0]Eenvoudig
De onderzoekers hebben nu een constructie gemaakt met overgangen tussen metaal 
en isolator en tussen isolator en halfgeleider, die een MIS-fotoanode oplevert 
met een hoge efficiëntie en een hoge stabiliteit. Meer specifiek: ze hebben een 
Al2O3-laag en twee metalen, Pt en Ni, geïntroduceerd. Met deze eenvoudige maar 
effectieve aanpak van de bescherming bereiken ze dus een werking van meer dan 
200 uur van een MIS-fotoanode met constant hoge fotostromen in een sterk 
basische oplossing. Deze aanpak kan worden geïntegreerd in bestaande 
PV-technologieën, wat het veelbelovend maakt voor toekomstige toepassingen.
Voor succesvolle spontane waterontleding moet de fotoanode worden gecombineerd 
met foto-elektrodes met een grotere band gap (bandkloof) in een serie- of 
tandemconstructie. Dit zou leiden tot een eenvoudiger ontwerp voor een uiterst 
efficiënt foto-elektrochemisch apparaat voor waterontleding met zonne-energie.

Meer informatie
‘Interfacial engineering of metal-insulator-semiconductor junctions for 
efficient and stable photoelectrochemical water oxidation’, door Ibadillah 
Digdaya, Gede Adhyaksa, Bartek Trześniewski, Erik Garnett en Wilson Smith.

Contact Wilson Smith: http://www.smithsolarlab.com/team.html, ;
W.A.Smith@xxxxxxxxxx<mailto:W.A.Smith@xxxxxxxxxx>
Adviseur wetenschapscommunicatie TU Delft Roy Meijer, 
r.e.t.meijer@xxxxxxxxxx<mailto:r.e.t.meijer@xxxxxxxxxx>, 015 2781751

Attachment: image001.emz
Description: image001.emz

PNG image

Other related posts:

  • » [PWC-MEDIA] Persbericht TU Delft: Goedkope, efficiënte en stabiele foto-elektrode voor mogelijk betere waterontleding met zonne-energie - Roy Meijer