Los científicos están muy interesados en encontrar formas efectivas de conseguir hidrógeno del agua, liberando así el potencial del hidrógeno como combustible limpio. Un dispositivo recientemente desarrollado gestiona la hazaña, utilizando solo la luz solar como fuente de energía.
Usando electrodos catalíticos y células solares de perovskita fusionadas en una sola unidad, el ingenioso artilugio puede alcanzar tasas de eficiencia de luz solar a hidrógeno de hasta el 6,7 por ciento. Simplemente cae al agua y desaparece (cuando sale el sol).
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Una sección transversal del catalizador. (Jia Liang)
"El concepto es ampliamente similar a una hoja artificial" dice el científico de materiales Jun Lou, de la Universidad de Rice en Texas. "Lo que tenemos es un módulo integrado que convierte la luz solar en electricidad que genera una reacción electroquímica. Utiliza agua y luz solar para obtener combustibles químicos".
Perovskita es uno de estrellas en ascenso de la industria de la energía solar, que promete resultados aún mejores que los paneles solares de silicio si se utilizan correctamente, y aquí se usa para impulsar un catalizador para dividir el agua en oxígeno e hidrógeno. Además, el dispositivo no cuesta mucho construirlo.
La clave de la forma en que funciona el dispositivo es el método de encapsulación que utiliza: la forma en que los científicos han elegido agregar una película de polímero alrededor de la perovskita, protegiéndola del daño si se sumerge en agua.
Mientras protege la célula solar, el polímero también permite que pase la luz solar y sirve como aislante entre las células y los electrodos. Las mejoras en esta encapsulación y en la eficiencia de la célula solar deberían ser posibles con más investigación, y más adelante el dispositivo podría incluso ofrecer una fuente de energía autosostenible.
"Con un diseño de sistema inteligente, potencialmente puede hacer un ciclo autosostenible" dice Lou. "Incluso cuando no hay luz solar, puede usar la energía almacenada en forma de combustible químico. Puede poner los productos de hidrógeno y oxígeno en tanques separados e incorporar otro módulo como una celda de combustible para convertir esos combustibles en electricidad".
Todavía hay mucho trabajo por hacer, pero el nuevo dispositivo resuelve una serie de problemas que enfrentan los diseños anteriores: impermeabilizar la perovskita hasta cierto punto significa que se puede colocar directamente en el agua, por ejemplo, acelerando el proceso. El equipo también ha considerado la extracción de oxígeno e hidrógeno, en lugar de uno u otro.
Los científicos están ocupados experimentando con el uso de perovskita y otros materiales en conjunto, para tratar de mejorar la cantidad de electricidad que podemos generar del Sol.
Una de las desventajas del uso de células solares basadas en cristales de perovskita es que pueden ser costosas de fabricar, pero en este estudio se han cambiado alternativas más baratas: carbono en lugar de platino, por ejemplo.
"Eso reduce la barrera de entrada para la adopción comercial" dice Lou. "Los dispositivos integrados como este son prometedores porque crean un sistema que es sostenible".
La investigación ha sido publicada en ACS Nano.