Effizienz von künstlichen Blättern: Besserer Wasserstoff durch höheren Druck

BerlinEine Untersuchung ergab, dass fotoelektrochemische Zellen, die Wasser in Wasserstoff umwandeln, unter höherem Druck viel effizienter arbeiten. Diese Zellen setzen spezielle Fotoelektroden ein, welche Sonnenlicht in die nötige Elektrizität für diesen Prozess umwandeln. Forscher am HZB fanden heraus, dass der Betrieb dieser Zellen unter höheren Druckverhältnissen den Energieverlust erheblich reduzieren kann.

Die Untersuchung ergab, dass das Erhöhen des Drucks von 1 auf 8 bar die gesamten Energieverluste halbiert, die durch Blasenbildung verursachten optischen Streuverluste verringert und den Sauerstofftransfer zur Gegenelektrode vermindert. Die höchste Effizienz wird bei Drücken zwischen 6 und 8 bar erreicht.

Eine Druckerhöhung auf 8 bar führte zu einer Effizienzsteigerung von 5-10 Prozent. Dieser Fortschritt liegt hauptsächlich daran, dass sich weniger Blasen an den Elektroden bilden, was sowohl die Lichtstreuung verhindert als auch den Elektrolyten weniger blockiert. Dadurch können die Photoelektroden mehr Licht aufnehmen und bleiben besser mit dem Elektrolyten in Kontakt, wodurch eine hohe Effizienz aufrechterhalten wird.

PEC-Zellen haben Wirkungsgrade von bis zu 19 Prozent erreicht, aber bei diesem Niveau wird die Blasenbildung zum Problem. Die Forschung hat gezeigt, dass höhere Drücke helfen, die Blasengrößen zu verringern. Dadurch bleibt die Effizienz hoch und der Wasserstoffproduktionsprozess wird effektiver und stabiler.

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Das Forschungsteam entwickelte ein Modell, um verschiedene Bedingungen und Faktoren zu testen, die die Effizienz beeinflussen. Sie stellten fest, dass ein Druck über 8 bar wenig Vorteil bringt. Daher empfehlen sie, den Druck zwischen 6 und 8 bar zu halten, um die besten Ergebnisse zu erzielen.

Dieses neue Verständnis kann auf andere elektrochemische und photokatalytische Systeme übertragen werden, was die Effizienz dieser Geräte steigern könnte. Dadurch würde grüner Wasserstoff praktischer werden, da zur Herstellung derselben Menge an Wasserstoff weniger Energie benötigt wird, was die Kosten und die Umweltbelastung senkt. Dies könnte auch die Markteinführung von grüner Wasserstofftechnologie beschleunigen.

Diese Forschung zeigt, dass PEC-Zellen für den industriellen Einsatz skalierbar sind. Durch die Anwendung der Ergebnisse auf größere Systeme können Unternehmen Wasserstoff effizienter und kostengünstiger produzieren. Dies unterstützt den Übergang zu nachhaltigen Energiequellen. Insgesamt ist diese Forschung ein wichtiger Schritt, um grünen Wasserstoff zu einer gängigen Energiequelle zu machen. Sie bringt nicht nur dem Energiesektor Vorteile, sondern bietet auch eine saubere, erneuerbare Ressource für vielfältige Anwendungen.