Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Using rust and water to store solar energy as hydrogen

12.11.2012
EPFL scientists are producing hydrogen from sunlight, water and rust - They're paving the way for an economic and ecological solution for storing renewable energy

How can solar energy be stored so that it can be available any time, day or night, when the sun shining or not? EPFL scientists are developing a technology that can transform light energy into a clean fuel that has a neutral carbon footprint: hydrogen.

The basic ingredients of the recipe are water and metal oxides, such as iron oxide, better known as rust. Kevin Sivula and his colleagues purposefully limited themselves to inexpensive materials and easily scalable production processes in order to enable an economically viable method for solar hydrogen production. The device, still in the experimental stages, is described in an article published in the journal Nature Photonics.

The idea of converting solar energy into hydrogen is not a new one; researchers have been working on it for more than four decades. During the 1990s, EPFL joined the fray, with the research of Michaël Grätzel. With a colleague form University of Geneva, he invented the photoelectrochemical (PEC) tandem solar cell, a technique for producing hydrogen directly from water. Their prototypes shared the same basic principle: a dye-sensitized solar cell – also invented by Michael Grätzel – combined with an oxide-based semiconductor.

The device is completely self-contained. The electrons produced are used to break up water molecules and reform the pieces into oxygen and hydrogen. In the same liquid, two distinct layers in the device have the job of generating electrons when stimulated by light; an oxide semiconductor, which performs the oxygen evolution reaction, and a dye-sensitized cell, which liberates the hydrogen.

The most expensive part? The glass plate

The team's latest prototype focused on resolving the main outstanding problem with PEC technology: its cost. "A U.S. team managed to attain an impressive efficiency of 12.4%," says Sivula. "The system is very interesting from a theoretical perspective, but with their method it would cost 10,000 dollars to produce a 10 square centimeter surface."

So the scientists set themselves a limitation from the start – to use only affordable materials and techniques. It wasn't an easy task, but they managed. "The most expensive material in our device is the glass plate," explains Sivula. The efficiency is still low – between 1.4% and 3.6%, depending on the prototype used. But the technology has great potential. "With our less expensive concept based on iron oxide, we hope to be able to attain efficiencies of 10% in a few years, for less than $80 per square meter. At that price, we'll be competitive with traditional methods of hydrogen production."

The semiconductor, which performs the oxygen evolution reaction, is just iron oxide. "It's a stable and abundant material. There's no way it will rust any further! But it's one of the worst semiconductors available," Sivula admits.

Silicon-enhanced nano-rust

That's why the iron oxide used by the team is a bit more developed than what you'd find on an old nail. Nanostructured, enhanced with silicon oxide, covered with a nanometer-thin layer of aluminum oxide and cobalt oxide – these treatments optimize the electrochemical properties of the material, but are nonetheless simple to apply. "We needed to develop easy preparation methods, like ones in which you could just dip or paint the material."

The second part of the device is composed of a dye and titanium dioxide – the basic ingredients of a dye-sensitized solar cell. This second layer lets the electrons transferred by the iron oxide gain enough energy to extract hydrogen from water.

An outstanding potential – up to 16%

The results presented in the Nature Photonics paper represent a breakthrough in performance that has been enabled by recent advances in the study of both the iron oxide and dye-sensitized titanium dioxide, and both of these technologies are rapidly advancing. Sivula predicts that the tandem cell technology will eventually be able to attain an efficiency of 16% with iron oxide, while still remaining low cost, which is, after all, the attractiveness of the approach. By making it possible to store solar energy inexpensively, the system developed at EPFL could considerably increase the potential of solar energy to serve as a viable renewable energy source for the future.

Lionel Pousaz | EurekAlert!
Further information:
http://www.epfl.ch

More articles from Power and Electrical Engineering:

nachricht Stretchable biofuel cells extract energy from sweat to power wearable devices
22.08.2017 | University of California - San Diego

nachricht Laser sensor LAH-G1 - optical distance sensors with measurement value display
15.08.2017 | WayCon Positionsmesstechnik GmbH

All articles from Power and Electrical Engineering >>>

The most recent press releases about innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Wissenschaftler entdecken seltene Ordnung von Elektronen in einem supraleitenden Kristall

In einem Artikel der aktuellen Ausgabe des Forschungsmagazins „Nature“ berichten Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe in Dresden von der Entdeckung eines seltenen Materiezustandes, bei dem sich die Elektronen in einem Kristall gemeinsam in einer Richtung bewegen. Diese Entdeckung berührt eine der offenen Fragestellungen im Bereich der Festkörperphysik: Was passiert, wenn sich Elektronen gemeinsam im Kollektiv verhalten, in sogenannten „stark korrelierten Elektronensystemen“, und wie „einigen sich“ die Elektronen auf ein gemeinsames Verhalten?

In den meisten Metallen beeinflussen sich Elektronen gegenseitig nur wenig und leiten Wärme und elektrischen Strom weitgehend unabhängig voneinander durch das...

Im Focus: Wie ein Bakterium von Methanol leben kann

Bei einem Bakterium, das Methanol als Nährstoff nutzen kann, identifizierten ETH-Forscher alle dafür benötigten Gene. Die Erkenntnis hilft, diesen Rohstoff für die Biotechnologie besser nutzbar zu machen.

Viele Chemiker erforschen derzeit, wie man aus den kleinen Kohlenstoffverbindungen Methan und Methanol grössere Moleküle herstellt. Denn Methan kommt auf der...

Im Focus: Topologische Quantenzustände einfach aufspüren

Durch gezieltes Aufheizen von Quantenmaterie können exotische Materiezustände aufgespürt werden. Zu diesem überraschenden Ergebnis kommen Theoretische Physiker um Nathan Goldman (Brüssel) und Peter Zoller (Innsbruck) in einer aktuellen Arbeit im Fachmagazin Science Advances. Sie liefern damit ein universell einsetzbares Werkzeug für die Suche nach topologischen Quantenzuständen.

In der Physik existieren gewisse Größen nur als ganzzahlige Vielfache elementarer und unteilbarer Bestandteile. Wie das antike Konzept des Atoms bezeugt, ist...

Im Focus: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

International führende Informatiker in Paderborn

21.08.2017 | Veranstaltungen

Wissenschaftliche Grundlagen für eine erfolgreiche Klimapolitik

21.08.2017 | Veranstaltungen

DGI-Forum in Wittenberg: Fake News und Stimmungsmache im Netz

21.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Fraunhofer IPM präsentiert »Deep Learning Framework« zur automatisierten Interpretation von 3D-Daten

22.08.2017 | Informationstechnologie

Globale Klimaextreme nach Vulkanausbrüchen

22.08.2017 | Geowissenschaften

RWI/ISL-Containerumschlag-Index erreicht neuen Höchstwert

22.08.2017 | Wirtschaft Finanzen