In de zoektocht naar groene energieoplossingen komen we vaak uit bij zonne-energie die we benutten met zonnecellen op siliciumbasis. Deze zetten zonne-energie direct om in elektriciteit met een vrij hoge omzettingsefficiëntie. Kaijian Zhu, een PhD student in de PhotoCatalytic Synthesis Group, werkt echter aan een ander type zonnecel dat de energie omzet en opslaat in chemische bindingen. Hij heeft zijn werk onlangs gepubliceerd in het Journal of Physical Chemistry C.
Zonnecellen op basis van silicium zijn het meest bekende type zonnepanelen. Ze kunnen zonne-energie rechtstreeks omzetten in elektriciteit en hun omzettingsefficiëntie is zeer hoog. Waarom ontwikkelen we dan nog steeds alternatieve methoden? Dit soort zonnecellen kan geen zonne-energie opslaan. De hoeveelheid zonlicht wordt beïnvloed door de breedtegraad, de dag- en seizoensvariaties en het klimaat. Dit betekent dat op het ene moment het omgezette overschot aan zonne-energie verloren gaat, terwijl er op een ander moment niet genoeg zonne-energie is. "Om deze lastige situatie te voorkomen, is de beste manier om zonne-energie direct op te slaan in plaats van deze alleen maar om te zetten in elektriciteit", zegt Kaijian Zhu.
Energie 'containers'
Zhu werkt aan speciale energie 'containers' die de energie uit zonlicht zowel opvangen als opslaan. Deze containers maken gebruik van bronnen zoals water en koolstofdioxide en een stabiele fotokatalysator. Een fotokatalysator is een materiaal dat zonlicht kan absorberen en de chemische reactie kan uitvoeren. Er zijn twee verschillende soorten fotokatalytische systemen: op poeder gebaseerde en op elektroden gebaseerde fotokatalysatoren. Een andere naam voor de laatste is de foto-elektrochemische cel, het type waarop Zhu zich richt.
Fotoanode en -kathode
Foto-elektrochemische cellen bestaan uit twee elektroden, de fotoanode en de fotokathode. De fotoanode en de fotokathode werken in twee kamers, gescheiden door een membraan dat de gevormde producten kan scheiden. "In mijn huidige onderzoek richt ik me op de dynamica van de ladingsoverdracht binnen de fotokathode, wat er gebeurt na de absorptie van licht. We hopen mogelijke redenen voor de huidige lage omzettingsefficiëntie aan het licht te brengen door meer inzicht te krijgen in het hele reactieproces, zodat we een efficiënte omzetting kunnen realiseren. Het is alsof je de fundering verstevigt voordat je een huis bouwt", legt Zhu uit.
Duurzame toekomst
Zhu probeert de belangrijkste problemen die momenteel de efficiëntie in de weg staan, te verminderen of zelfs te elimineren. Hij optimaliseert de foto-elektroden en verbetert zo hun algemene prestaties, op weg naar een duurzamere toekomst.
Meer informatie
Kaijian Zhu is promovendus in de PhotoCatalytic Synthesis Group. Dit werk is onderdeel van het Advanced Research Center for Chemical Building Blocks (ARC CBBC), dat mede is opgericht en wordt medegefinancierd door de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO) en het Nederlandse Ministerie van Economische Zaken en Klimaatbeleid. Het project wordt ondersteund door Shell. Zhu schreef een blog over zijn onderzoek, die hier kan worden gelezen. Hij heeft ook een deel van zijn werk gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Physical Chemistry C, getiteld 'Unraveling the Mechanisms of Beneficial Cu-Doping of NiO-based Photocathodes'.
