Как с помощью никеля, кремния, воды и Солнца недорого и надёжно получать водород

Как с помощью никеля, кремния, воды и Солнца недорого и надёжно получать водород

Иногда активные сторонники альтернативной энергетики, мечтающие пригвоздить вас к стулу несокрушимой мощью аргументации в пользу их любимого детища, гордо заявляют: «А вот в Германии 3 октября 2013 года Солнце и ветер достигли 59% от всей электрогенерации!» Кстати, когда гелио- и эоловые пессимисты хотят в ответ «размазать» оппонентов-оптимистов, то вспоминают те же самые цифры, уверяя, что они лучше всего показывают безнадёжность зелёного дела...

Причины обоюдоострого фехтования на одних и тех же цифрах известны: с одной стороны, альтернативная энергетика и впрямь стремительно нарастает, а с другой — хотелось бы знать, что будет, когда этот сектор в той же Германии подскочит, скажем, в два раза. Кто будет потреблять 120% всех энергопотребностей страны? И что делать с откровенно лишним электричеством в солнечные дни?

Пока же с экономичными способами его запасания для дальнейшего использования в rainy day есть проблемы. Одна из самых разумных технологий — производство водорода днём и его же применение для выработки энергии ночью — тормозится неэффективностью такого процесса. Если брать электричество от фотоэлементов и разлагать им воду на кислород и водород, потери на промежуточных этапах съедят всю экономическую целесообразностью затеи.

Единственная разумная альтернатива — более высокая эффективность наработки водорода, к примеру, при прямом разложении воды в фотохимической ячейке, где электроды представляют собой полупроводники, обращённые к Солнцу части которых поглощают свет и при этом разлагают воду. Вот только сами материалы подобных систем такому решению почему-то не рады. Скажем, в качестве электрода фотохимических ячеек неплохие результаты показывают кремниевые полупроводники. И с водородом у них тоже всё неплохо: он кремнию не страшен. Но вода при разложении почему-то ещё и кислород выделяет, причём чистый. Кремниевые полупроводниковые фотоаноды в таких условиях быстро корродируют, после чего смысл всего предприятия становится откровенно загадочным.

Исследователи из Стэнфордского университета (США) во главе с Майклом Кенни (Michael J. Kenney) поступили так: они изолировали сам кремний от контакта с водой и чистым кислородом, защитив первый слоем из никеля, точнее — наноплёнкой из него толщиной в 2 нм.

В 2011 году кремний в тех же целях покрывали слоем, содержавшим индий. Однако металл этот очень дорог, а достигнутая стабильность не показалась экспериментаторам достаточной. «Никель стоек к коррозии, — поясняет свой выбор г-н Кенни. — Кроме того, он играет роль катализатора, способствующего получению кислорода из воды, не являясь при этом редким элементом».

Добавив в раствор электролита фотохимической ячейки литий для повышения общего КПД устройства, исследователи использовали его для экспериментального получения водорода на протяжении 80 часов — и не обнаружили каких-либо следов коррозии.

Хотя пока таким образом создан лишь материал, пригодный для стабильной работы анода фотохимической ячейки, речь идёт о значительном достижении: коррозия больше не выглядит неодолимым препятствием на пути развития фотохимического способа получения водорода при помощи солнечного света.

Что дальше? А дальше будут бесконечные исследования, которые просто обязаны позволить солнечному свету продолжить своё восхождение в энергетическом табеле о рангах.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Science.

Подготовлено по материалам Стэнфордского университета.