Riprende in Olanda, in analogia alla ricerca realizzata dall'Università di Lovanio precedentemente descritta, la messa a punto industriale di celle foto-elettrochimiche per la produzione industriale di Idrogeno con pannelli solari a circolazione di acqua a bassa temperatura.
La cella foto-elettrochimica di base comprende un foto-sensibilizzatore a tre giunzioni di film di Silicio, una coppia di elettrodi catalitici, dei separatori a membrana dell'Idrogeno e Ossigeno prodotti, un elettrolita come soluzione acquosa di reazione e trasporto di ioni e radicali ed una struttura compatta di supporto.
Il foto-sensibilizzatore (Si) assorbe la luce solare e trasforma i fotoni solari in elettroni energetici, gli elettrodi a base di foto-catalizzatori costituiti da metalli nobili (Pt e Ir) catturano gli elettroni liberati e generano Idrogeno ed Ossigeno separati da una membrana e si sviluppano in forma gassosa, l'elettrolita realizza il trasporto di ioni, radicali ed elettroni nella soluzione acquosa.
Nei componenti del sistema devono essere minimizzati i potenziali elettrochimici in funzione delle concentrazioni delle particelle ionizzate e/o radicali-ioniche, ridotte le resistenze ohmiche che provvedono alla generazione di H2 ed O2.
Il potenziale di dissociazione dell'acqua assume un valore massimo di 1.70 Volt contro il potenziale termodinamico teorico di 1,23 Volt.
I sovra-potenziali relativi per realizzare la reazione di dissociazione dell'acqua sono di almeno 400 mVolt, quindi ogni altra caduta di potenziale deve stare nell'ordine di 100 mVolt per avere una efficienza STH (Solare a Idrogeno) di circa il 10%.
Questi vincoli di potenziale determinano i parametri geometrici connessi con la costruzione della cella solare stessa.
Sopratutto determinante è una brevissima distanza tra anodo e catodo della cella solare ed una struttura monolitica micro-porosa che realizzi il cammino più breve per gli ioni tra gli elettrodi, con una dimensione micro-metrica dei pori praticati nel complesso di giunzioni di Silicio.
Un altro fattore determinante sulla efficienza produttiva di Idrogeno è la precisa deposizione degli elettrocatalizzatori come composti di Pt ed Ir in frma di micro-punti e micro-macchie sulla superficie di supporto del foto-sensibilizzatore di Silicio.
Sopratutto la struttura micro-porosa che attraversa le giunzioni di Silicio e la deposizione micro-metrica dei catalizzatori sul supporto silicico determina l'efficienza considerevole di produzione dell'Idrogeno dall'acqua fino al 7-10 % della radiazione solare che colpisce la cella foto-elettrochimica.
Lo sviluppo di questa efficiente cella solare, descritta in dettaglio nell'articolo allegato, prevede in seguito lo sviluppo di catalizzatori basati su metalli di transizione altrettanto attivi, come ad es. Ni, NiO al posto di Pt e RuO2 o Ru + CeO2 al posto di IrO2.
Un esempio di cella solare di minime dimensioni fisiche (ca. 2 x 2 cm) produce ca. 110 micro-moli di H2 /ora, che è un valore importante e significativo che consente di costruire pannelli solari foto-elettrochimici efficienti di ca.1 mt x 1 mt con celle affiancate per produzioni di Idrogeno industriali.
Il link sotto-indicato collega all'articolo di Wouter J.C. Vijselaar e altri:
"A Stand-Alone Si-based Porous Photoelectrochemical Cell".
https://doi.org/10.1002/aenm.201803548
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