수소는 집과 사업체에 전력을 공급하고 화석 연료에 대한 의존도를 줄일 수있는 깨끗하고 재생 가능한 연료입니다. 그러나 수소를 생산하는 것은 특히 비용 효율적이고 지속 가능한 방식으로 도전이 될 수 있습니다.
수소 생산에 대한 유망한 접근법 중 하나는 실리콘을 사용하는 것입니다. 실리콘은 지각에 풍부한 반도체 재료입니다. 물에 노출 될 때, 실리콘은 광전 화학 (PEC) 물 분할이라는 공정을 통해 수소 가스를 생성 할 수 있습니다.
PEC 물 분할에서, 광 에너지는 실리콘 반도체에 의해 흡수되어 전류가 생성된다. 이 전류는 수 분자를 수소와 산소 가스로 분할하게 만듭니다.
PEC 물 분할의 효율은 사용 된 실리콘 유형, 광원 및 셀 설계를 포함한 여러 요인에 따라 다릅니다. 그러나 연구자들은 최근 몇 년 동안이 과정의 효율성을 향상시키는 데 상당한 진전을 보였습니다.
2017 년 캘리포니아 공과 대학 (Caltech)의 연구원 팀은 12.4%의 태양열 전환 전환 효율을 달성 한 새로운 유형의 실리콘 광 전극을보고했습니다. 이것은 실리콘 기반 PEC 물 분할 시스템에 대해보고 된 가장 높은 효율입니다.
Caltech 연구원들은 검은 색 실리콘이라는 특수 유형의 실리콘을 사용했는데, 이는 더 많은 빛을 흡수하는 데 도움이되는 거친 표면을 가지고 있습니다. 또한 농축 광원과 특수 설계된 셀을 사용하여 프로세스의 효율성을 향상 시켰습니다.
이 새로운 유형의 실리콘 광전 전극의 개발은 비용 효율적이고 지속 가능한 수소 생산을 추구하는 데 중요한 단계입니다. 지속적인 연구 개발로 PEC 물 분할은 언젠가 깨끗하고 재생 가능한 에너지의 주요 공급원이 될 수 있습니다.
수소 생산에 실리콘 사용의 이점
수소 생산에 실리콘을 사용하는 데는 다음을 포함하여 몇 가지 이점이 있습니다.
* 풍부함 : 실리콘은 산소 후 지각에서 두 번째로 풍부한 요소입니다. 이것은 쉽게 구할 수 있고 저렴한 자료임을 의미합니다.
* 안정성 : 실리콘은 매우 안정적인 재료로 가혹한 환경에서 사용하기에 적합합니다.
* 무독성 : 실리콘은 무독성이므로 인간이나 환경에 건강 위험이 없습니다.
* 고효율 : 실리콘 기반 PEC 물 분할 시스템은 고효율을 달성 할 수 있으며, 이는 소량의 에너지로 많은 수소를 생산할 수 있음을 의미합니다.
수소 생산에 실리콘 사용에 대한 도전
수소 생산에 실리콘 사용과 관련된 몇 가지 과제도 있습니다.
* 높은 비용 : 실리콘은 비교적 비싼 물질로 대규모로 수소를 생산하기가 어렵습니다.
* 제한된 광 흡수 : 실리콘은 빛을 잘 흡수하지 않으므로 물 분할 공정을 구동하기에 충분한 전기를 생성하기가 어려울 수 있습니다.
* 부식 : 실리콘은 물이 존재할 때 부식 될 수 있으며, 이는 PEC 물 분할 시스템의 효율과 수명을 줄일 수 있습니다.
연구 방향
연구원들은 수소 생산에 실리콘 사용과 관련된 문제를 극복하기 위해 노력하고 있습니다. 가장 유망한 연구 방향 중 일부는 다음과 같습니다.
* 빛을 흡수하고 부식에 덜 민감한 새로운 유형의 실리콘 재료 개발.
* 물 분할 공정의 효율을 높이기 위해 세포 설계 개선.
* 실리콘 기반 PEC 물 분할 시스템의 비용 절감.
지속적인 연구 개발로 실리콘 기반 PEC 물 분할은 언젠가 깨끗하고 재생 가능한 에너지의 주요 공급원이 될 수 있습니다.
