p O hidrogênio produzido pelo uso de energia solar pode contribuir para um sistema de energia neutro para o clima do futuro. Mas existem obstáculos no caminho da escala de laboratório à implementação em larga escala. Uma equipe do HZB apresentou agora um método para visualizar a convecção no eletrólito e para simular com segurança com antecedência com um modelo multifísico. Os resultados podem apoiar o design e expansão desta tecnologia e foram publicados na revista de renome Energia e Ciência Ambiental . p O hidrogênio pode ser produzido com energias renováveis ​​de maneira neutra para o clima e pode dar uma contribuição importante para o sistema energético do futuro. Uma das opções é usar a luz solar para separação eletrolítica da água, indiretamente, por meio do acoplamento de uma célula solar a um eletrolisador, ou diretamente em uma célula fotoeletroquímica (PEC). Semicondutores que absorvem luz funcionam como fotoeletrodos. Eles são imersos em uma solução eletrolítica de água misturada com ácidos ou bases fortes, que contém alta concentração de prótons ou íons hidróxido necessários para uma eletrólise eficiente.

p Contudo, em uma planta de grande escala, faria sentido, por razões de segurança, usar uma solução eletrolítica com um pH quase neutro. Essa solução tem uma baixa concentração de prótons e íons hidróxido, o que leva a limitações de transporte de massa e baixo desempenho. Compreender essas limitações é essencial para projetar um dispositivo de separação de água PEC seguro e escalonável.

p Uma equipe liderada pela Dra. Fatwa Abdi do HZB Institute for Solar Fuels investigou pela primeira vez como o eletrólito líquido em toda a célula se comporta durante a eletrólise:Com a ajuda de lâminas fluorescentes de sensor de pH, Dr. Keisuke Obata, um pós-doutorado na equipe de Abdi, determinou o valor de pH local nas células PEC entre o ânodo e o cátodo durante o curso da eletrólise. As células PEC foram preenchidas com eletrólitos de pH quase neutro.

p Os cientistas visualizaram experimentalmente a diminuição do pH em regiões próximas ao ânodo e o aumento do pH em regiões próximas ao cátodo. Interessantemente, eles observaram um movimento do eletrólito no sentido horário à medida que a eletrólise prossegue. A observação pode ser explicada pela flutuabilidade devido às mudanças na densidade do eletrólito durante a reação eletroquímica que leva à convecção. "Foi surpreendente ver que pequenas mudanças na densidade do eletrólito (~ 0,1%) causam esse efeito de flutuabilidade, "diz Abdi.

p Em paralelo, Abdi e sua equipe desenvolveram um modelo multifísico para calcular a convecção induzida por reações eletroquímicas. "Testamos exaustivamente este modelo e podemos fornecer agora uma ferramenta poderosa para simular a convecção natural em uma célula eletroquímica com vários eletrólitos com antecedência, "diz Abdi.

p Para o projeto, a Abdi construiu uma "Instalação de Dispositivos de Combustível Solar" no HZB, que faz parte da Helmholtz Energy Materials Foundry (HEMF), uma grande infraestrutura aberta a outros cientistas também. Este estudo também foi realizado em colaboração com a TU Berlin, dentro da estrutura do cluster de excelência UniSysCat.

p "Com este trabalho, estamos expandindo nossa experiência em ciência de materiais com esforços em engenharia de reatores fotoeletroquímicos, que é uma próxima etapa essencial para o aumento de escala dos dispositivos de combustível solar ", disse o Prof. Dr. Roel van de Krol, que dirige o HZB Institute for Solar Fuels.