V odvětví obnovitelných zdrojů energie se objevily dobré zprávy.
Zdá se, že technologie solární energie bude mnohem levnější díky průlomovému vývoji solárních panelů, který provedl tým výzkumníků a vědců z Michiganské technologické univerzity. Jednou ze složek, které solární články prodražují, je platina, jejíž unce se prodává za 1 500 dolarů. Nyní je však k dispozici výrazně levnější produkt, který by mohl solární systémy na výrobu elektřiny učinit mnohem dostupnějšími, a tedy i dostupnějšími pro běžného člověka.
Sbohem platině, technologie solárních článků je stále levnější
Materiálem, který má potenciál vytlačit platinu ze solárních článků, je 3D grafen. Grafen, který se skládá z atomů uhlíku, je obvykle zpracován do jedné vrstvy atomů uhlíku ve dvourozměrném voštinovém útvaru o tloušťce přibližně jedné molekuly. Grafen je jedním z nejpevnějších a nejlehčích materiálů a má vynikající elektrickou a tepelnou vodivost.
Grafen se obvykle zpracovává do ploché, rovinné monovrstvy. Výzkumníci z Michiganské technické univerzity však zjistili, že kombinací s obětním materiálem, tedy něčím, co slouží pouze k tomu, aby grafen získal tvar, jej lze zformovat do voštinové struktury z vodivé látky, která bude konkurovat výkonnosti drahých kovů v solárních článcích a nabídne vysokou katalytickou aktivitu. Tvrdí to profesor materiálové vědy a inženýrství Charles a Caroll McArthurovi na Michiganské technice Yun Hang Hu:
„Podařilo se nám z grafenu vytvořit 3D materiál, který výrazně zvyšuje svou vodivost, takže je vhodný pro nahrazení platinové elektrody v die-senzitizovaných solárních článcích.“
Jak vědci objevili potenciál 3D grafenu v solárních článcích?
Profesor Hu a jeho tým vytvořili 3D grafen syntézou oxidu uhelnatého a oxidu lithného. Výsledkem je čistě uhlíková voštinová mřížka, přičemž uhličitan lithný neboli Li2CO3 (obětní materiál) se následně vymyje kyselinou. Zůstane 3D grafenová struktura, která má potenciál nahradit nákladnou platinu v solárních článcích. Lze ji také využít pro přeměnu a skladování energie.
Výkonnost 3D grafenu je téměř stejná jako u platiny
Aby Hu otestoval přednosti své nové technologie, vyrobil die-senzitizované solární články, což zahrnovalo začlenění barviva pro zvýšení schopnosti materiálu absorbovat světlo. Platinové elektrody byly nahrazeny 3D grafenem a účinnost systému byla naměřena jen nepatrně nižší ve srovnání s články používajícími platinu. To lze považovat za zanedbatelný pokles, vezmeme-li v úvahu nižší náklady, které vyplývají z možnosti zbavit se platiny.
Při umístění na sluneční světlo za standardních provozních podmínek přeměnil článek s 3D grafenovou protielektrodou 7,8 % sluneční energie na elektřinu. To se blíží běžným solárním článkům, které potřebují nákladnou platinu, u nichž se hodnoty konverze pohybují kolem 8 %.
Dalším inovativním projektem vyvíjeným v oblasti výroby solární energie je fotovoltaický panel, který místo slunečního světla využívá dešťové kapky. Vznik stále inovativnějších technologií v tomto odvětví je pozitivním znamením pro budoucí cenovou dostupnost energie z udržitelných zdrojů.
Co bude následovat, aby se tato technologie vyvinula a byla k dispozici ve větším měřítku?
Hu a jeho tým na Michiganské technice se připravují na optimalizaci nové 3D grafenové technologie z hlediska účinnosti. Dalším aspektem jejich studií je vývoj nových aplikací pro zlepšení výkonu baterií pomocí 3D grafenových elektrod.
Potenciál se neomezuje pouze na solární články
Hu a jeho skupina pracující v Houghtonu v Michiganu také spolupracují s dalším týmem na aplikaci nové 3D grafenové technologie na supravodiče. To jsou materiály, které vedou elektrický proud s nulovým odporem, když jsou ochlazeny na takzvanou „kritickou teplotu“. Hodnota supravodičů spočívá v tom, že umožňují neomezený průtok elektrického proudu bez jakýchkoli energetických ztrát, díky čemuž jsou nesmírně účinné v aplikacích, jako jsou urychlovače částic, přístroje pro magnetickou rezonanci, kvantové počítače a přenos energie.
V době, kdy se svět zaměřuje na opuštění fosilních paliv produkujících emise uhlíku ve prospěch ekologických technologií, přispívají projekty, jako je tento a flexibilní, ultratenký materiál solárních článků společnosti Oxford PV, který dokáže přeměnit předměty denní potřeby na generátory obnovitelné energie, k širšímu záměru chránit naši planetu pro budoucí generace.