スタンフォード大、太陽光を利用して水素生成するソーラー電極の低コスト化と耐久性向上に成功

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スタンフォード大学の研究チームが、太陽光を利用して水を酸素と水素に分解するソーラー電極の低コスト化と耐久性向上に成功した。貴金属触媒を使わずに80時間の連続動作を確認している。ソーラー電極が実用化されれば、太陽光エネルギーを水素燃料に変換して貯蔵することができるようになる。2013年11月15日付の Science に論文が掲載されている。

ソーラー電極による水分解反応。電極に光を照射すると水が電気分解され、酸素と水素が発生する (Illustration: Guosong Hong, Stanford University)

シリコンを主材料とするソーラー電極を使った水分解デバイスについては、2011年に同大の別のチームがすでに開発を行っている。このときのソーラー電極では、分解反応に伴う腐食を抑えるための保護膜として膜厚2nmの二酸化チタンをシリコン表面にコーティングし、連続8時間の水分解反応の継続を確認した。分解反応を促進するために、二酸化チタン層上にはイリジウム触媒の極薄膜が添加されていた(関連記事)。

今回、同大の化学教授 Hongjie Dai 氏らのチームは、膜厚2nmのニッケル薄膜をコーティングしたシリコン電極を作製した。これを対向極と組みにして水酸化カリウム水溶液およびホウ酸水溶液に浸し、光を照射したところ、腐食反応なしで連続24時間の水分解を確認した。ニッケル薄膜は保護膜として機能すると同時に触媒の作用もある。貴金属であるイリジウム触媒は今回使用されていない。また、水溶液中にリチウムを添加したところ、ソーラー電極の安定性がさらに高まった。リチウム添加時のソーラー電極では、腐食なしで連続80時間の水分解反応を確認したという。


スタンフォード大学の発表資料

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