Munday képzeletében egy speciális fotovoltaikus cella kelt éltere, ami képes lehet éjszaka négyzetméterenként 50W elektromos áramot termelni. (A negyedét annak, amit nappali fényben egy normál napelem lead.) Kollégájával, Tristan Depp-pel ezért olyan éjjeli napelemek kidolgozásába kezdtek, melyek előállíthatják az egyébként nem túl nagy mennyiségű energiát, idővel pedig hatékonyságuk növelhető. - olvasható az AC Photonics szakfolyóiratban.
Az éjszakai napelem a nappalihoz hasonló elven működik, csak éppen az éjjel kisugárzó hőt használja energianyerésre. Merthogy valamennyi tárgy, ami nappal a besugárzás során felmelegszik, éjszaka adja vissza az elnyelt hő egy részét, infravörös sugárzás formájában. A hűtési módszer nem újdonság, bizonyos helyeken használják például a gépek működése során keletkező hulladékhő hasznosítására, úgynevezett termoradiatív cellák segítségével. A fejlesztők elgondolása szerint, ha egy ilyen eszközt meleg helyre állítanak, majd az ég felé irányítják, akkor az a világűr felé tudna kisugározni infravörös tartományban, mivel az melegebb a világűrnél. Míg a klasszikus napelemek a napfény elnyelése során keletkező feszültséggel állítanak elő energiát, a fordított napelem a kisugárzás során kialakuló feszültségből, noha ebben az esetben az áram fordított irányban halad.
„Más anyagokat kell felhasználni, de a fizikai alapelv azonos a normál napelemekével” – magyarázza Munday. Persze az eszköz nappal is működőképes, amennyiben védve van a beérkező napsugárzástól. Sőt, akár az energiahálózat nappali és éjszakai időszaka közt is egyensúlyt teremthet.
2013-at írtunk, amikor a Stanford Egyetem kutatói létrehoztak egy napelemből és üzemanyagcellából álló párosítást, mellyel elérhető, hogy a napelem éjszaka is termeljen áramot. Mindehhez szükségük volt egy hidrogént használó üzemanyagcellára, és valamire, ami oxigénre, valamint hidrogénre bontja a vizet. A szakértők lényegében egy vízbontó készüléket építettek, ugyanis a vízbe két, szilícium félvezető elektródát helyeztek, majd lezárták az áramkört. Az elektródák elnyelik a napfényt, a megtermelt áram segítségével pedig oxigénre és hidrogénre bontják a vizet. Az oxigént aztán kiengedik a levegőbe, míg a hidrogént elraktározzák. A napelemből, vízbontóból és üzemanyagcellából álló rendszer éjjel-nappal üzemel: nappal az áram egy része a fogyasztóhoz megy, másik része a vízbontóba kerül. Éjszaka a napelem háttérbe szorul, olyankor a hidrogént felhasználva az üzemanyagcella adja le az áramot. A cellában a hidrogén vízmolekulát képez az oxigénnel, miközben elektromos áramot termel. Az eszköz persze nappal is működtethető, amikor a felhasználó több áramot használna, mint amennyit a napelem önmagában megtermel.
A folyamat teljes egészében fenntarthatóan zajlik, károsanyag-kibocsátás nélkül. „Így minimalizálhatjuk a kőszénen vagy földgázon alapuló energiatermelést.” – mondja Hong Jie Dai, a Stanford kémiaprofesszora, a tanulmány vezető szerzője.
Azért övezi egyre nagyobb érdeklődés a vizes áramtermelést, mert tiszta és lényegében kimeríthetetlen energiaforrás. A vízbontók és az üzemanyagcellák elterjedésének egykori legnagyobb akadálya ugyanis költséges használata volt, mivel platinával működtek.
"A napelemeknél használt olcsó szilícium az elektródák ideális alapanyaga lehetne, csakhogy az elektrolitoldatba merítve azonnal degradálódni kezd." – mondta Michael J. Kenney, a tanulmány társszerzője.
A Stanford egy másik kutatócsoportja 2011-ben oly módon megpróbálta orvosolni a problémát, hogy a szilícium elektródát bevonták ultravékony titán-dioxid- és irídiumfilmmel, és így már nyolc órán keresztül ellenállt. Ez azonban rendkívül drága, illetve még mindig csak rövidtávú megoldás. Végül rátaláltak a nem korrodálódó nikkelre, ami viszonylag olcsón rendelkezésre áll, és oxigénképző katalizátorként viselkedik. Dai és kollégái két nanométeres bevonatot tettek a szilícium elektródára, és a másik elektródával karöltve káliumborát oldatba merítették. Fény és elektromos áram hatására az elektródáknál megkezdődött a vízmolekulák felbontása. Az elektrolízis egy teljes napig tartott, korrózió nélkül. Hogy növelje az eljárás hatásfokát, Dai lítiumot adagolt a vizes oldatba, ami nyolcvan órára növelte a folyamatot.
„A nikkelbevonat nemcsak véd a korrózió ellen, de katalizátorként felgyorsítja a dolgokat, a vízbontás ugyanis nagyon lassú folyamat” – mondja Dai.
Hozzátette: Edison óta használnak lítiumot a nikkelakkumulátorok hatásfokának javítására, ezért izgalmas volt látni, hogy a régi trükk a vízbontás során is működik.”
(Fotó: Scitecheuropa)
